随着航天摄影技术的不断发展,对于地貌的测绘质量要求也越来越高,使得天文摄像机的尺寸和质量不断增大。大型天文摄像机在轨运行工作时,为了能够保证全方位采集图像信息和提高成像质量,需要在地面建立一个模拟摄像机在轨运行的物理实验环境来对其各项性能指标进行检测。摄像机尺寸和质量的增大对地面模拟实验的设备提出了更高的要求。而作为模拟实验中最关键的摄像机调姿机构将直接影响大型天文摄像机各项性能的检测。因此,对该环境使用下的调姿机构进行研制是非常重要的。本课题主要是研制出一台运用于该模拟实验的四自由度调姿机构。模拟实验对调姿机构提出高负载、高精度、高刚度、低质量的要求。由于低温环境下对调姿机构调试的成本较高,所以在调姿机构研制期间,先使其满足常温下的设计指标,然后再对调姿机构进行低温环境适应性分析,使其能够在真空低温环境下正常工作。基于上述设计思路,本课题展开了以下所述的研究工作。首先,根据项目的技术要求对调姿机构进行总体方案的设计,确定调姿机构关键的尺寸参数和各自由度精度控制方式。分配调姿机构的技术指标,对各组成部件提出相应的技术要求。建立调姿机构运动学模型和力学模型,为后续调姿机构各组成部件结构的详细设计提供理论力学基础;其次,根据调姿机构总体的设计方案对其组成部件承载台面、举升机构、导向机构、支撑台面和X向运动机构进行详细的结构设计,并建立详细的三维模型;再次,选择合适的拓扑优化方式分别对重量影响较大的承载台面和支撑台面进行减重优化。获得满足质量和中心下沉量两个技术指标要求的承载台面和支撑台面结构;最后,分析常温下影响调姿机构定位精度的误差因素。建立调姿机构各轴的理论误差模型,为调姿机构常温标定和误差补偿提供理论基础。对调姿机构进行低温环境适应性分析,并给出X向运动机构和举升机构的变形—温度模型。