基于同轴球面并联机构的望远镜跟踪架

为满足高动态响应、高精度与大范围的光电跟踪任务需求，研究了一种基于同轴球面并联机构的望远镜跟踪架。基于几何向量与旋量关系建立了跟踪架的正/逆运动学模型，研究了采用信赖域迭代并结合装配模式约束筛选唯一运动学解的求解方法。利用雅可比矩阵计算条件数，并在叠加支链夹角约束的条件下，分析了跟踪架无碰撞、无自由度缺失的工作空间，分析结果表明，跟踪架的俯仰角为48.4°~131.6°，方位角无限。最后，提出了单位四元数Slerp结合三次Bezier速度连续化的轨迹规划方法，实现了跟踪架在不同姿态间的连续平滑运动。实验结果表明，所提出的运动学求解方法的角度误差数量级至少为10-11°，验证了所建模型与求解模型具有较高的一致性。在多关键姿态的指向实验中，在设定规划时间内跟踪架姿态与角速度均能保证连续平滑收敛，且整条轨迹无奇异点，进一步验证了基于同轴球面并联机构的望远镜跟踪架具有优异的结构特性与运动能力。