面向筒类舱段自动装配的两点定位调姿方法

为解决航天器数字化对接装配中的调姿问题,提出了两点定位调姿法：通过改变对接舱段上2个关键点的位置来实现舱段空间位姿的调整,采用五次多项式轨迹对舱段进行调姿轨迹规划并约束舱段的运动参数,确定舱段合理的调姿时间,保证舱段平稳快速地完成对接任务。该方法简化了调姿算法,采用串联机构即可满足调姿算法要求,避免了多轴协调控制,降低了控制难度。利用ADAMS对所提出的方法进行仿真验证,通过两点定位调姿法调整对接舱段可使其到达目标位姿,位移、速度、加速度轨迹光滑连续,同时满足各边界约束条件,调整后舱段姿态与目标坐标值最大偏差为-0.08 mm,调整过程中最大加速度为10 mm/s2。仿真结果表明,两点定位调姿法可满足筒类舱段数字化装配调姿的精确性、稳定性和高效性要求,有助于实现筒类舱段调姿过程的自动控制。     

大尺度产品数字化智能对接关键技术研究

针对大尺度产品对接过程精确位姿调整困难的问题,以测量辅助装配相关研究内容为基础,提出了一种大尺度产品数字化智能对接技术应用综合框架,并从基础环境、使能技术和组织模式三个层面对该框架进行了分析。给出了三种大尺度产品数字化智能对接应用模式,并对其特性进行对比分析。分析了基准传递与精度协调、位姿感知与评定、调姿路径规划、多源数据融合与集成控制等关键技术。设计开发了基于全局坐标的位姿引导柔性装配和六维力引导柔顺对接的组合试验装置,并以舱段对接为例,验证了应用综合框架与关键技术的可行性与有效性。     

基于2D激光位移传感器的舱段自动对接测量方法

针对舱段对接装配需求，结合舱段对接工艺过程，提出一种基于2D激光位移传感器的舱段自动对接测量方法。首先将待对接舱段调整至相距基准舱段约50 mm待装位，采用2D激光位移传感器检测两舱段对接处三个点位的2D轮廓偏差，计算得到待对接舱段除自转角外的5个自由度位姿；然后根据两舱段法兰端面上的豁口特征，通过扫描两个舱段法兰豁口位置，计算得到待对接舱段自转角；最后将结果反馈至控制系统，驱动执行机构进行位姿的调整。通过引入误差的仿真并结合对接实验对所提方法进行了验证，结果表明，所提方法测量精度高，对接效果良好，能够满足舱段自动对接需求，有效提高了自动对接系统的效率、稳定性和一致性。     

一种以测量关键特征拟合舱段位姿的方法

受工艺条件和产品性能限制，在舱段上无法事先加工用于测量其位姿的基准点。为此提出了一种以测量及拟合关键特征获取舱段位姿的方法。首先根据舱段结构特点提取舱段上满足装配精度要求的关键特征并利用激光跟踪仪测量。利用2σ准则剔除关键特征测量数据中粗差异常点，以改进基于经典测量平差理论中的最小二乘法在处理粗差时容错性较差的问题。然后利用处理后的关键特征数据拟合舱段坐标系原点及各坐标轴方向的单位向量，最终得到舱段的位姿参数。仿真试验结果表明：经改进的最小二乘法在拟合舱段位姿时能获得更高的精度；所提出的位姿拟合方法的实用性和通用性不仅能满足舱段位姿测量与计算需求，也能为其他刚体位姿求解提供参考。     

视觉与力觉结合的卫星部件机器人装配

针对卫星特殊部件的装配需求,为了使机器人具有适用不同工况的柔性并在卫星多变的装配工况中获得较高的应用效率,本文研究视觉引导与力反馈控制下的机器人装配技术,给出一种视觉与力觉结合的机器人装配方案:在装配孔位安装辅助销钉,通过视觉引导将部件引导至销钉的锥面导向范围内,而后在销钉导向下对机器人采用力反馈控制,实现工件的准确装配到位。采用红外相机结合合作靶标的方式实现稳定地视觉识别与目标定位,设计了探针式测量工具,并给出测量方法,实现了目标点位的柔性便捷测量。给出了一种已知空间对应点对条件下,求位姿变换矩阵及机器人目标位姿的计算方法。采用力/位混合控制方法实现柔顺销钉导向控制。实验结果表明:装配对应孔位的测量匹配误差在2.9 mm以内,机器人在视觉引导下,可以将工件运送至销钉的导向范围内,并在销钉导向及力反馈控制下将工件准确装配到位,力控制阈值为30 N。证明了本文所采用的技术可以满足卫星部件装配的工程实施要求。     

导弹舱段自动对接平台设计与研究

舱段对接是导弹装配中的重要工序之一。目前,传统的装配模式是多人在对接架车上手动对接装配,对接效率较低,且依赖操作人员的经验和水平。为解决上述问题,提出了一种导弹舱段自动对接平台。它的舱段位姿调节机构具有误差补偿功能,因此对位姿测量机构和机械精度的要求显著降低。具体地,介绍舱段自动对接平台测量机构、调姿托架以及基准托架的结构设计情况,利用ADAMS软件对基准托架的误差自动补偿功能进行仿真,最后通过对接实验验证了设计结果。实验结果表明,完成对接后的模拟弹同轴度在0.08mm以内,总对接时间较人工对接的56min提高到17min,对接成功率达100%,且对接过程不需人工干预,大大减轻了工人的劳动强度。该研究成果可广泛应用于航天产品的自动对接装配,尤其对人工对接难度大的大型导弹总装具有重要的应用价值。     

基于机械臂辅助的卫星柔顺装配技术研究

针对卫星大型部件、重载单机装配中位姿调整、接触应力、重力卸载的控制问题,将机械臂辅助装配技术应用到了卫星装配中,提出了一种基于力传感交互控制的机械臂辅助柔顺装配技术。通过力传感器实时采集了机械臂末端作用力,进行了负载重力参数标定,提取了外力/力矩分量;建立了基于外部作用力/力矩控制的装配体位姿柔顺随动算法,对算法的误差识别及控制方法进行了分析;搭建了机械臂辅助柔顺装配系统,在某卫星结构舱板装配、星上单机装配中进行了应用实验。研究结果表明:力/力矩控制范围下限达到10 N/2 Nm,与传统装配方法相比,该技术具有位姿调整柔顺、装配接触应力可控、负载重力承载/卸载精确、适用于狭窄空间等优势。     

基于TwinCAT的舱段数字化柔性自动对接平台控制系统设计

针对国内航天器舱段对接主要采用"手工装配"模式难以满足日益增长的产量需求的现状,提出了一种新型航天器舱段对接模式,基于Twin CAT研究设计了舱段数字化柔性自动对接平台的控制系统,控制系统关联融合了多自由度调姿、数字化测量、柔性装配等先进技术。介绍了平台机构与测量系统,解析了控制系统架构,设计了对接控制流程,应用Twin CAT的电子凸轮等运动控制模块、ST语言和顺序功能图等实现了对舱段对接过程的编程并且通过EtherCAT总线实时控制电动机和平台,基于力控组态软件设计上位机界面。最后通过实验验证了控制系统的可行性,减少了人工劳动力,有效提高了航天器舱段对接的效率,足以满足未来航天器型号任务的需求。     

双工位4-PPPS飞机装配对接系统几何参数标定方法

双工位4-PPPS并联机构承载能力强、结构稳定,用于飞机机身舱段的装配过程以提高对接效率减轻劳动强度.然而由于对接系统为大尺寸分布式结构,且具有较大的制造和安装误差,很难保证实际对接精度.为了提高4-PPPS机身对接机构的定位精度,提出了两步精度提升方法:首先提出了一种均值迭代方法标定飞机坐标系的基准点,作为整个对接系统的参考坐标系,提升了测量坐标系和飞机坐标系之间的匹配精度.其次,提出了一种基于空间位姿矩阵微分的运动学标定方法,推导出了系统全误差导数方程,可以对多达42个运动学参数进行同时标定.通过本文方法,飞机舱段对接系统的最大位置误差从2.2 mm减小到0.035 mm,最大指向误差从0.08°减小到0.018°.精度测量和对接试验证明了所提出方法的有效性.     

大型构件自动化柔性对接装配技术综述

大型构件对接装配是航空航天大型飞行器总装中的重要环节，随着具有快速响应需求的航天任务越来越多(如发射应急卫星和商业通信卫星等)，亟需提升运载火箭等大型飞行器的快速组装和发射能力。这对大型飞行器舱段对接装配的效率和可靠性提出了更高要求。因此，对接装配模式从原来的人工模式，正逐渐向自动化、数字化、智能化方向发展。针对大型构件自动化柔性对接装配中所涉及的三大关键技术进行综述，详细总结大型构件对接装配调姿定位机构、数字化测量技术、规划与控制技术的原理、特点与应用，并探讨了大型构件自动化柔性对接装配技术的未来研究方向。