为了解决服务机器人小型关节整机性能测量手段缺乏以及测量项目单一的问题,根据小型关节的特点研制了服务机器人小型关节综合性能测试机, 实现了对小型关节传动精度、电参数和机械特性的测量。测试机由精密机械系统、测控硬件系统和测控软件系统组成。测试机主机采用卧式结构, 设计了专用夹具, 在保证测量精度的同时满足了不同型号关节的测量要求; 开发的测试软件不仅能满足小型关节多个性能指标的综合测量, 还能对测量进行分析。实际测试结果表明, 测试机运行稳定, 精度符合设计要求, 重复性测量偏差小于3%, 覆盖小型关节型号范围广, 能实现自动化精密测量。测试机的研制为建立面向服务机器人小型关节的全局质量评价体系提供了手段。

传统齿轮传动存在空回和间隙等问题, 难以满足光电系统高精密传动的需求。在分析了钢丝绳和钢带传动技术特点的基础上, 设计了一种基于钢丝绳传动的潜望镜用11测角机构, 以及一种基于钢带传动的光电系统用21传动机构。基于光学测量的方法, 采用旋变测量了钢丝绳传动机构的传动误差, 采用经纬仪测量了钢带传动机构的传动误差。结果显示钢丝绳传动精度可达到分级, 在-110°+135°的范围内转角误差小于3.5′; 钢带传动精度可达到秒级, 在-3°~+3°的范围内转角误差小于11.9″, 满足了潜望镜和某光电系统性能指标要求。

根据激光发射系统对快速反射镜发射方向精度的需求, 提出了一种新型快速反射镜设计方案。该方案以柔性铰链为运动传递元件, 采用直线音圈电机驱动, 并用高精度光栅测微仪实现位置闭环控制。首先, 介绍了反射镜工作原理及驱动方式, 选择了系统的驱动元件和测角元件, 并对柔性铰链结构进行设计。在研究其刚度特性的基础上, 采用序列二次规划法优化了铰链关键尺寸。然后, 建立了驱动组件的简化模型, 并利用理论公式和有限元分析软件分别计算驱动组件的转角精度。最后, 使用测角元件及自准直平行光管测量了快速反射镜的转角精度。实验结果表明: 所设计的快速反射镜装置工作稳定、结构可靠, 对发射光束的控制精度能达到0.95″, 满足激光发射系统实时控制光束发射方向的精度要求。

针对大视场角航空相机常用的高空分段拼装式光学窗口阶差小的问题, 提出了一种适用于该类光学窗口的防护装置。分析了高空分段拼装式光学窗口的任务需求和高空工作环境, 完成了整个防护装置的设计; 确定了传动机构的参数并对其传动精度进行了分析。最后进行了振动试验和高空环境模拟试验。分析及试验结果表明, 所研制的防护装置基频达到111.9 Hz, 保证了在外界动态载荷作用下的动力学响应; 低温(-56.5℃)低压(5.5 kPa)环境下传动机构运动平稳、可靠, 速度误差仅为1.3%。该防护装置已成功应用于某航空相机, 试验显示其有效克服了高空气动阻力及低温低压环境的影响, 可以作为其他高空分段拼装式光学窗口防护结构设计的参考。

针对常规传动方式在径向空间较小情况下难以实现同轴旋转运动的变速功能，提出了一种基于圆柱凸轮的同轴变速传动机构。以变焦距镜头的结构为基础，结合使用两个圆柱凸轮，在主、从动凸轮上开出螺旋线槽，使从动凸轮螺旋线槽导程为主动凸轮螺旋线槽导程的n倍，从而实现速比为n的变速传动。对机构的传动效率和传动精度进行分析，得出主动凸轮螺旋线槽的螺旋升角与传动效率和传动精度的关系及相关规律。在实验室对机构的传动精度进行了测试，结果表明其速比精度在1.6%以内。此机构结构紧凑,能够自锁且精度较高。