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。     

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。     

大型舱段装配中的水平对接技术

为满足航天器舱段对接装配的高精度、自动化需求,提出一种基于自动化手段的大型舱段对接装配技术,即水平对接技术。从理论的角度介绍了该技术的工作原理,阐述了其基于并联机构的位姿控制和力随动控制两大技术要点,进行了舱段水平对接装配试验。通过实验证明了位姿控制方式能将销钉轴线位姿精度从0.3mm提高到0.1mm,满足舱段对接在销钉插入销孔阶段的位姿精度要求,同时证明了力随动控制能根据支链力变化实时变换舱段位姿,满足舱段对接在压紧密封圈阶段的舱段小变形要求。     

法兰自动对接空间位姿综合误差建模技术研究

以某火箭发动机尾喷口与燃烧室法兰端口自动对接为例,设计TTTRRR六自由度对接机构,结合海克斯康Leicaprobe自动激光跟踪仪获取位姿信息,并求解位姿调整参量。分析六自由度对接机构的X/Y/Z三个平动导轨,A/B/C三个转动轴的制造误差、安装误差、运动误差等共计42项误差,并分别对每个运动单元进行误差运动学分析,通过齐次坐标变换技术对尾喷口法兰位姿建立空间位姿实际与理想空间位姿变换模型,推导空间位姿综合误差模型及尾喷口位姿误差,并通过算例仿真验证方法。     

基于机器视觉的隔水管法兰端面位姿检测

为提高隔水管抗压检验效率,引导完成待测隔水管在隔水管检验检测装置上的在线自动对接,提出基于机器视觉的隔水管法兰端面位姿检测方法。首先通过基于形状的模板匹配算法定位出待测隔水管法兰端面的定位坐标和定位角度,同时使用图像金字塔对算法进行加速。然后使用单目三维重建技术将像素坐标系下的模板坐标及定位坐标转换到世界坐标系中,并计算出引导待测隔水管精确对接到隔水管检验检测装置上所需的位移量和旋转量。针对隔水管与注水端进行了仿真试验检测和现场试验检测,试验结果表明,该方法实现了快速精确的隔水管法兰端面位姿检测,在工程实践中具有很强的实用性。     

导弹舱段六自由度并联调姿托架设计及运动学分析

针对导弹舱段对接主要依靠手工作业的现状,设计一种六自由度并联调姿托架,可完成舱段偏航、俯仰、自转全姿态位置调整,实现舱段自动化、高效率对接.首先建立调姿托架的三维模型并对其结构进行介绍;其次对模型进行运动学理论分析,得到了自由度、运动学方程及其正反解,并利用ADAMS软件对调姿托架进行运动学仿真,获得自由度计算结果以及...     

筒体类舱体柔顺装配用可调柔性支撑设计与试验研究

在筒体类舱段对接装配工艺中,引入可调柔性支撑单元,实现柔顺自适应装配工艺;基于位移型圆锥过盈联结工作原理,提出可调柔性支撑单元设计方法;对柔性支撑单元刚柔转变阈值进行理论计算,通过调节单元刚柔转变阈值设定支撑单元工作力,用以适应不同型号和质量舱段装配过程中的位姿调整补偿;基于试验研究方法,对可调柔性支撑单元刚柔转变阈值进行标定。结果表明:可调柔性支撑单元性能稳定,单元的阈值调节与理论计算相符,能够在可控范围内降低装配支撑系统的刚性,实现柔性支撑,构成柔顺装配系统,实现调姿补偿功能。     

大型射电望远镜馈源舱对Stewart平台扰动的响应

Stewart平台作为馈源位姿精调机构安装在大型射电望远镜的悬挂馈源舱中 ,与悬索对馈源舱位姿的粗调机构一起 ,构成馈源位姿的两级调整系统。模拟了当Stewart平台对馈源位姿进行精调时 ,馈源舱由于Stewart平台反作用力的扰动而产生的位移响应。根据模拟分析结果和观测精度要求 ,提出了保证馈源位姿两级调整方案成功实施的改进设计     

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。     

自重构机器人锁紧机构设计及自主对接研究

自主对接是实现机器人自重构的关键技术。基于新型自重构模块化机器人M2SBot的结构,设计了独特的正弦加速度槽凸轮式对接锁紧机构,可实现可靠连接。同时提出一种新的三维空间对接算法,将基于罗德里格矩阵的公共点法与爬山搜索算法相结合,扩大了两个待接面间空间偏移角的搜索范围。该算法利用红外线传感器计算两模块间的相对位姿偏差,通过逐步调整各个偏移量实现对接。最后分析了整个过程的对接策略。仿真结果表明,该锁紧机构和对接算法可以有效地实现模块间的对接。     

基于双光束激光干涉仪的微动平台六维位姿测量建模与误差分析

为解决微动平台末端六维位姿的高精度测量问题,研究基于双光束激光干涉仪的位姿测量方法。利用空间正交布置的三台双光束激光干涉仪,测量微动平台上3个待测平面的线位移和角位移,通过测量系统的数学模型计算得到微动平台的六维位姿。建立了测量系统的数学模型,设计了高精度的简化求解方法,分析了各系统误差对测量结果精度的影响,为建立微动平台高精度位姿测量系统提供了理论基础,并成功应用于实际微动平台的标定。     

智能换电站电池包锁止机构位姿视觉估计

面向电动汽车的电池换电需求，对换电站电池包对接中的锁止机构定位问题，提出了一种基于点云分割的电池包锁止机构6D位姿估计方法。该方法使用YOLOv5网络从场景中分割出锁止机构的点云，并使用体素滤波与移动最小二乘拟合进行点云的滤波与平滑；通过引入点云分割网络预测点云标签，为快速点特征直方图特征加入全局语义特征，弥补快速点特征直方图只有点云局部特征的缺陷，并根据该特征进行随机抽样一致性刚体点云配准，估计锁止机构点云的6D位姿，最后使用迭代最近点方法算法校正位姿估计结果。实验结果表明，基于点云分割的锁止机构6D位姿估计算法精度较高，可以克服环境噪声导致的误匹配，精确获取锁止机构位姿，其位姿估计的角度误差可以达到1.90°，位移误差可以达到1.4 mm,RMSE可以达到1.5 mm，为换电站电池对接定位提供了有效的解决途径。     

并联式大型法兰对接平台的位姿逆解

针对六自由度并联机构实现大型法兰自动对接的问题,对并联机构的位姿逆解展开研究。根据动静平台各球铰坐标及法兰的位姿参数推导出各伸缩杆长度。利用Simulink搭建平台的运动仿真模型,输入横荡、纵荡、垂荡、横摇、纵摇、艏摇参数,得到6个伸缩杆的变化规律曲线,为进一步的运动学分析奠定基础。     

基于激光传感器阵列的绝缘子识别定位方法

为了解决变电站绝缘子自动清扫的识别定位问题,提出一种基于特定分布结构的激光传感器阵列的柱状绝缘子识别定位方法。确定激光传感器阵列空间分布和位姿约束;提出基于竖直同轴传感器阵列测距结果处理绝缘子的检测方法;采用特定位姿变换中同轴传感器阵列记录的传感器测距结果的伞裙半径特征检测方法,提出基于同轴传感器阵列测距差的朝向校对方法,搭建仿真模型完成硬件设计与研制。现场试验结果验证了所提方法的可行性和有效性。     

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。     

机器人加工力位测量平台与软件模块开发

机器人铣削加工过程中末端力和位置监测对加工变形误差的计算和补偿具有重要作用,由于机器人控制系统具有一定的开放性,开发力位测量上位机软件并与机器人控制系统实时通讯,可以有效掌握机器人加工过程位姿相关的末端力和位置信息,为变形误差预测和补偿提供数据基础。在ABB IBR6660工业机器人上利用基恩士激光位移传感器和ATI六维力传感器搭建了机器人末端力位测量系统,其中位移传感器安装在主轴端、力传感器安装在主轴和法兰之间,利用基恩士激光位移传感器和ATI六维力传感器的接口函数结合C#开发了力位测量软件模块,利用ABB工业机器人的PC Interface接口和PC SDK函数开发机器人上位机通讯软件平台,给出了关键代码,最终实现了机器人铣削加工中的末端力位信息实时测量,为机器人加工变形误差的预测和补偿提供数据与控制平台基础。     

齿轮三维测量中线激光传感器位姿标定方法

在齿轮三维测量中,传感器位姿标定的结果直接影响测量结果的准确性。 本文提出了一种基于特征标准件的线激光传 感器位姿标定方法,并设计了一款具有一定几何特征的标准件。 该方法解耦了传感器与仪器之间的位姿关系,通过运动过程中 传感器与标准件的几何关系计算传感器的三个姿态角并调整至标定零位,然后通过多次偏置求等区域均值的方法依次计算传 感器 3 个位置量的偏置距离。 在齿轮测量中心上进行验证实验,多次标定后被测齿轮的齿廓偏差动态测量重复性为 3. 94 μm, 评价标准差小于 0. 3 μm,且评价结果与传统接触式测量结果的趋势一致。 结果表明,基于特征标准件的线激光传感器位姿标 定方法使得齿轮三维测量具有较好的测量重复性与准确性。     

基于关键特征的飞机大部件对接位姿调整技术

为实现飞机大部件姿态的自动调整,必须先获得大部件的空间姿态表达,进而确定具有6个自由度的调整向量.为此,针对大部件外形面装配误差累积,采用以大部件外形面测量点作为对接基准点进行姿态拟合的传统对接方法难以获得正确对接位置的问题,提出基于关键特征的大部件对接位姿调整方法.该方法首先确定对接大部件的关键特征,获得大部件的对接向量,然后通过优化协调尺寸误差分配建立满足装配质量要求的最优对接矩阵,确定对接过程中的大部件位姿,以提高对接精度与效率.通过在飞机平垂尾对接中的运用,并与一般位姿计算方法比较,验证了该方法的有效性.     

厚度测量中对射激光束共线性视觉检测

针对厚度测量中对射激光束共线性的要求,提出了一种基于双分光棱镜的传感器光轴空间位姿视觉检测方法。在分光镜坐标系下,分析了单条激光束在组合分光棱镜中的光线传播和光斑变化规律,建立了两条激光相对位姿与光斑中心点之间的数学模型。借助于棱镜坐标系和图像坐标系之间的转换关系,可以根据四个拟合光斑中心坐标快速计算出激光束的相对位姿,进而将激光束的共线测量转换为光斑中心坐标的拟合、对比问题。实验结果表明,在传感器测量范围内,该方法可以使两条激光束之间的夹角不大于0.17°,距离不大于0.05 mm;同时,调整前后对量块的测量表明,厚度测量误差由12μm减小到4μm,间接验证了共线检测方法的有效性。所提方法实现了光束调整过程的数字化、可视化,并且使共线性测量结果具有可溯源性,有助于定量分析因两个激光传感器测量线不重合而引起的厚度测量误差。     

飞机部件自动对接的位姿标定计算及软件系统设计

飞机部件对接作为飞机总装过程重要步骤之一,是指将两个或多个相邻组件连接形成大型结构件的过程。国内飞机部件对接装配除了采用传统手动调整的方法外,逐渐引入了先进测量、定位调姿设备,但仍然存在对接自动化程度不高等问题。针对这一问题,提出了一种飞机部件自动对接的位姿标定计算方案,并基于Qt和OSG API设计开发了飞机部件对接软件系统,为实现自动化对接提供了方案及软件支持。