机械工程学报

作者：马莺, 李团结, 曾子杰, 郑士昆, 赵将, 王一喆

单位：1. 西安电子科技大学高性能电子装备机电集成制造全国重点实验室 西安 710071;2. 西安电子科技大学机电工程学院 西安 710071;3. 西安空间无线电技术研究所 西安 710100;4. 西安交通大学机械工程学院 西安 710049

关键词：平面可展开机构,牛顿-欧拉法,动力学响应,驱动配置,多目标优化；

基金：国家自然科学基金(52475280)和陕西省自然科学基础研究计划重点—实验室重点(2025SYS-SYSZD-105)资助项目。

大尺度空间平面可展开机构具有运动自由度多、动力学响应复杂等特点，且动力学响应与驱动配置的耦合性较强，在工程中往往难以直接计算出合适的驱动参数。当前，针对平面可展开机构驱动配置优化的研究，没有充分考虑关节摩擦、构件接触或碰撞等非线性因素的影响。针对这一问题，研究了一种大尺度空间平面可展开机构驱动配置多目标优化方法。首先，结合旋量理论与李群框架描述，采用牛顿-欧拉法建立了机构的动力学模型，同时考虑了铰链摩擦、面板接触碰撞及锁止机构等非线性因素的影响，其中基于冲量动量方程描述了机构展开过程中可能存在的构件碰撞。通过与多体动力学软件仿真结果进行对比，验证了所建立动力学模型的准确性。其次，以运动冲击、运动包络及面板应变最小化为优化目标，建立了驱动配置多目标优化模型，采用多目标遗传算法对驱动扭簧刚度与预载角进行协同优化，得到了一组Pareto最优解。将优化结果代入ADAMS软件进行仿真对比，结果表明，优化后的驱动配置在一定程度上减少了机构展开过程中的面板接触挤压情况，同时降低了面板的运动冲击，约束了机构的运动包络。研究内容对保障大尺度平面机构在轨可靠、精确、稳定展开具有一定的理论意义和工程应用价值。

来源：2025年第21期

《机械工程学报》期刊编辑部

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