虚拟环境中线缆建模及布线的研究与实现

针对虚拟环境中因线缆柔性可变特性而引起的难以表达及操作不便的问题，提出线缆的离散控制点建模方法以及基于离散控制点线缆模型的单控制点局部布线、多控制点局部布线和整体布线方法，达到了在虚拟环境中对线缆进行快速布线的目的；通过实时跟踪和记录线缆控制点的空间位姿，实现了布线过程及结果数据的存储，为后续的布线工艺规划奠定了基础。     

“高分二号”上相机和星敏感器相对安装姿态的测量

为了精确测量"高分二号"(GF-2)卫星上相机和星敏感器的相对安装姿态,建立了一套高精度自动化测量系统。针对该系统研究了基于多传感器数据融合的高精度测量算法、基于理论安装数据驱动的自动测量模型、以及基于图像识别的立方镜法线搜索算法。该测量系统主要由二维龙门导轨、精密转台和CCD成像辅助准直的自准直经纬仪构成,通过融合精密转台的转动角度、自准直经纬仪的俯仰角和偏航角等数据计算被测设备安装姿态角度。测量时需先对系统进行标定,制定自动测量规划,然后通过电机驱动使设备自动到达预定位置和角度进行测量。若星上设备安装偏差较大导致被测对象超出自准直经纬仪测量范围时,可启动CCD相机对被测对象局部区域进行搜索识别,并引导自准直经纬仪实现精确准直测量。对测量系统进行了实验验证,结果显示:该系统姿态测量精度可以达到5″,与标准值比对最大偏差为4.1″;该测量系统已用于GF-2卫星的相机和星敏器相对姿态测量中,重复标准差最大为3.5″,满足GF-2对机上设备安装姿态测量精度的需求。     

基于动力学前馈的空间机器人多销孔装配力柔顺控制

多组销孔对接并固定是空间站舱外可移动仪器设备的最常用安装方式,其中多组销孔的自动对接是空间服务机器人能否代替航天员完成这一任务的关键。针对这一问题,首先对多销孔配合结构的特殊受力情况进行分析,提出适合的力柔顺控制方法,并针对微重力环境下机器人控制所面临的特殊问题,采用基于动力学前馈的控制方法,直接对关节进行力矩补偿,再基于所建立的机器人关节的数学模型,对前馈算法的补偿量进一步映射到电机电流环,从而进一步加快关节响应速度,保证力柔顺装配效果,最后分别针对所提出的力柔顺装配方法和前馈算法进行了模拟微重力试验和仿真试验,试验验证了所提出的针对空间多销孔对接的力柔顺装配控制方法的有效性。该方法为空间服务机器人安全完成舱外仪器设备安装任务提供了技术支撑,并可为空间服务机器人其他任务的安全稳定控制提供借鉴。     

基于虚拟立方镜的航天器总装精度测量新方法

为解决使用常规基于真实立方镜的航天器总装精度测量方法无法测得设备在航天器坐标系下安装角度的问题,提出一种基于虚拟立方镜的航天器总装精度测量新方法.利用2个毫无关系的矢量成功构建一个虚拟的立方镜,再以其为传递基准来测量计算出被测设备在航天器坐标系下的安装角度,并进行实例仿真.结果表明:该方法已经过验证,并得到各方一致认可,可应用到后续型号的总装精度测量工作中.     

线缆虚拟布线与敷设过程仿真技术

为提高复杂机电产品中线缆布线的质量和装配可靠性,结合机电产品中的线缆研制流程,提出一种虚拟环境下的线缆布线设计、装配工艺规划和安装仿真集成方法,重点对虚拟环境下基于图论的线缆数字化模型建立、交互式线缆布线与敷设过程仿真、基于逆运动学和能量优化法的线缆运动仿真方法等关键技术进行阐述。所开发的线缆虚拟布线与敷设仿真系统已在航天产品的研制中得到局部应用,初步实现了线缆的数字取样和敷设过程仿真。     

虚拟环境下基于离散控制点的线缆装配规划技术

在对虚拟环境下的线缆装配规划的特点进行分析的基础上,提出虚拟环境下的线缆离散控制点建模以及虚拟环境下基于离散控制点的线缆装配规划方法。该方法通过对线缆离散控制点的单点、多点控制,可实现对整个线缆的可视化交互操作,能够比较清楚地描述线缆的空间位置、走向和装配路径,同时让规划人员直观地观察线缆与零部件之间的干涉情况,实现线缆的实时空间布置和装配过程仿真,为线缆的装配规划提供了一条有效的途径。目前该线缆装配规划软件系统已经在航天产品的装配工艺设计中得到试用,取得了良好效果。     

面向航天器总体装配的工艺数字样机可视化自动构建方法及系统

为了解决传统模式下航天器手工装配过程中,产品装配信息、产品间装配关系、紧固件等信息获取效率低下的问题,以设计三维模型和模型补充表格为输入,并在对航天器产品进行分类、定义的基础上,通过解析设计三维模型中不同产品的装配关系和属性,以产品类型匹配原则、装配约束原则和几何关系原则为标准自动构建出了面向航天器总体装配的工艺数字样机,从而实现在三维模型中能够自动化展示航天器总体装配信息,最后结合工程实践,验证了所提方法的有效性。     

交互式虚拟装配路径规划及优选方法研究

给出了虚拟装配环境下基于人机交互的装配路径规划方法，根据实际需要提出了针对交互式虚拟装配路径规划方法的装配路径优选算法，优选算法基于虚拟装配路径节点投影，能够有效消除由于虚拟装配环境下触觉缺失而造成的路径抖动以及折返现象。实例验证以及实验结果表明，交互式虚拟装配路径规划及优选方法有效可行，能够满足虚拟装配系统的需要。     

微动工作台的误差源分析

并联微动工作台广泛用于高精度场合,制造误差、装配误差、以及工作过程中温度与重力的作用都会影响到终端定位精度,因此有必要对误差源进行研究.以一种3-PPTTRS微动工作台为例,利用矢量闭环,在微动工作台单支链标准模型的基础上建立基于杆长的误差模型和基于柔性铰链的误差模型.考虑到杆的制造误差、柔性铰链的制造误差、装配误差、驱动部件的运动误差和温度变化引起的杆长不准确,建立相应的矢量闭环方程.分别分析柔性转动副、柔性球副和柔性胡克铰的制造误差和装配误差对微动工作台终端定位精度的影响,详细分析切入半径的误差、切入圆圆心沿x方向的位移偏差、切入圆圆心沿y方向的位移偏差、沿z方向的偏转等柔性铰链制造误差以及垂直度、同轴度等柔性铰链装配误差对微动工作台终端位姿的影响.分析温度和重力对精度的影响.有限元仿真结果表明,温度对微动工作台的影响很大,而重力的影响基本上可以忽略不计.该方法对复杂并联微动机器人的精度设计提供了有效的途径.     

虚拟环境下的管路布局设计技术

针对机电产品中管路系统的重要性和手工布管的缺点,提出了一种基于柔性导管模型的虚拟环境下管路布局设计方法.为了精确定位导管.提出基于位姿控制点的柔性导管建模技术.在该技术中,导管的形状和空间位姿可以通过位姿控制点实时调整和改变;利用自动生成和交互式调整两种导管布局方式,实现导管快速布局.为了提高管路附件的装配效率,开发了基于特征的管路附件的自动装配技术.在布局过程中综合利用了管路工程知识与规则,以保证布局结果的工程合理性.通过对管路布局结果进行数据后处理,生成导管加工统计信息和各种报表,以支持现场生产.