轻质高刚仿生杆及其在柔性机构中的仿真分析

摘要

轻质高刚结构是空间机构不断追求的目标,本研究基于对水生植物香蒲杆部结构的尺寸和力学测试,提出一种面向空间应用的轻质高刚仿生杆结构.具体以仿生杆在精密柔性机构中的应用为背景,分析了电磁力平衡传感器中柔性机构的铰链变形对测量结果的影响,求解了位置电磁力分别和载荷力、铰链弯矩的关系表达式.以直圆铰链为例计算了由位移检测误差引起的力测量误差.分析了精密柔性机构中载荷作用位置对测量结果的影响,指出当载荷作用线通过机构上、下连杆长度的中点时,机构仅发生Y向位移不产生旋转位移,采用仿生杆结构对一定几何尺寸的精密柔性机构进行了有限元仿真分析,结果表明传感器在初始位置平衡时平衡力和载荷力的值最大相差1.9×10^(-5)N,相对误差为0.0038%,仿生杆力学性能良好,轻质高刚仿生杆结构可用于精密柔性机构或其他空间大型天线展开机构、空间站超长操作臂等领域.