基于螺旋理论的三剪臂可伸缩天线机构的创新模块化设计与运动学方法
系统与控制
2025-11-25 v1 系统与控制
摘要
本文提出了一种新型的三剪臂可伸缩天线机构（TSDAM）的几何设计与分析，以解决深空通信和地球观测领域大口径和高精度天线的面临的问题。该机构仅具备一个自由度（DoF），因此可以在不牺牲结构完整性的前提下实现高效可靠的展开。该设计方法从三剪臂模块单元开始，系统性地构建为25米口径装配体。分析了构成不同模块单元数目变量配置的各种情况，以识别出变形最小的可伸缩机构。虽然24单元配置在收纳紧凑性方面优于其他配置，但其变形为0.01437mm，确认12单元配置在结构稳定性和展开效率之间达到最佳平衡。运用螺旋理论对运动学特性进行分析，并在MATLAB和SolidWorks中进行数值仿真。该可伸缩天线在仅53秒内完成从收纳至完全展开的转换，并在整个展开过程中表现出高稳定性。TSDAM在高度和体积上可达最高15.3的存储比，12单元配置下仅产生0.01048mm的变形。网格收敛性分析证明了针对415314个四面体单元的仿真结果具有一致性。SolidWorks中的虚拟实验验证了基于螺旋理论的解析模型，确保该设计在运行条件下顺畅且具备良好的灵活性。该研究为未来可伸缩天线的设计奠定了稳健的框架，提供了更好的性能、更简化的结构和更高的可靠性。
引用
@article{arxiv.2511.19287,
title = {Innovative Modular Design and Kinematic Approach based on Screw Theory for Triple Scissors Links Deployable Space Antenna Mechanism},
author = {Mamoon Aamir and Mariyam Sattar and Naveed Ur Rehman Junejo and Aqsa Zafar Abbasi},
journal= {arXiv preprint arXiv:2511.19287},
year = {2025}
}