輕量化二維指向調整機構設計

曲華杰，黎 明，張立華，曲建俊

（1.哈爾濱工業大學機電工程學院，黑龍江哈爾濱 150001；2.航天東方紅衛星有限公司，北京 100086）

1 引言

目前各國正在研制新一代單體大孔徑角錐激光反射器，以減小測距誤差[1]。但是，當進行地月測距時，如果地面發射的激光入射角發生偏斜，就會造成激光回射功率的減小并產生附加光程差，因此研制新一代激光反射器用地月二維指向調整機構十分必要[2]。中大型空間指向調整機構國內外已有一些研究[3?4]。隨著微納衛星發展，對小型輕量化指向機構需求日益增加，各國開始選用新型電機來研究機構的輕量化和小型化[5]，在滿足調整功能要求的前提下實現機構的高精度和輕量化設計成為重點研究方向[6]。拓撲優化和有限元強度法是常用的機構輕量化設計方法[7?8]，它們主要針對機構本身的質量和尺寸，以及支撐方式等進行優化[9]，很少涉及機構的驅動源。為了設計一種直接驅動高精度輕量化指向機構，超聲電機是首選驅動源。但是，如何利用小型的超聲電機驅動較大質量的反射器是值得研究的。

這里以設計新一代激光反射器二維指向調整機構為研究目標，研究輕量化二維指向調整機構質心平衡設計法及評價指標，推導2級調整機構負載力矩表達式，確定質心位置及變化域，研制原理性樣機，旨在實現二維指向調整機構的輕量化設計。

2 二維指向調整機構的質心平衡設計

2.1 機構輕量化設計方法

提出以機構的載重比Q作為機構輕量化的衡量，定義為式（1），載重比為機構驅動負載的質量和機構自身的質量之比：