基于工业机器人的卫星舱板安装方法

为解决机械式6自由度翻转架车进行舱板安装时存在的问题,提出一种基于工业机器人的卫星舱板安装方法。采用移动机器人结合简易支架车的作业模式;采用机器人柔性力控技术实现舱板的自动销钉导向装配。研制成果应用至我国北斗三号的舱板安装中,单个舱板装配时间由以往的1 h以上缩短至30 min以内,操作人员由5人减少至3人,实际应用完成舱板装配400余次。结果表明:该方法为北斗三号的密集研制争取了宝贵时间,可为其他领域大重量部件的安装提供参考。

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。

基于OpenCV的图像椭圆特征识别与定位研究

面向平板零件上螺纹孔的识别定位需求,基于开源计算机视觉库OpenCV进行椭圆特征的识别与定位研究;采用Canny边缘检测算法提取图像边缘信息,对边缘图像通过轮廓检索得到单一的连续轮廓,并对得到的每一条连续轮廓进行椭圆拟合;研究给出一种评价轮廓与所拟合椭圆误差的计算方法,以此误差为准则实现非椭圆特征的剔除;进一步针对螺纹孔形成的相套椭圆特征,采用聚类筛选的方法得到螺纹孔对应的内环椭圆特征,从而实现了板上螺纹孔的识别与定位。

机器人动态受力感知及零重力运动模拟技术

针对航天器在轨服务任务的地面零重力模拟需求,研究基于工业机器人的零重力运动模拟技术。建立基于BP神经网络的受力感知预测模型,该模型采用机器人末端姿态、加速度、角速度和角加速度作为输入层参数,采用机器人末端六维力传感器数据作为输出层参数,实现了对机器人末端负载的高精度动态受力感知。设计正交试验方法确定机器人的运动路径点进行样本数据采集,实现了受力感知预测模型对机器人全工作空间的覆盖。进一步,基于对机器人末端负载的受力感知数据,应用动力学理论计算负载在失重状态下的运动速度,并控制机器人执行相应的运动,实现了对机器人末端负载的零重力运动模拟。

电解加工参数对加工表面影响的理论建模与分析

以工具电极与被加工工件均固定不动、加工间隙逐渐扩大的加工情况为例,经适度简化、近似,建立了电解加工中表面不平整程度与主要加工参数的数学模型。以被加工表面最高最低点的高度差作为表面不平整程度的评价指标,分析了被加工材料组织均匀及不均匀两种情况下主要加工参数对加工不平整程度的影响,从而为实际加工参数的选择提供理论指导。

基于六维力传感器的工业机器人末端负载受力感知研究

针对工业机器人末端负载与外界环境接触力的感知需求,在机器人法兰与负载之间设置六维力传感器,并研究一套标定与计算方法,综合考虑负载重力作用、传感器零点、机器人安装倾角等因素,利用不少于3个机器人姿态下的力传感器数据,可求得传感器零点、机器人安装倾角、负载重力大小、负载重心坐标等参数,进一步可消除传感器零点及负载重力对受力感知的影响,精确得到机器人末端负载所受的外部作用力与力矩.实验得到对于重量从320 N到1 917 N的负载,在静态条件下,感知外力的误差在负载重力的0.28%以内,感知外力矩的误差在负载对传感器力矩的0.59%以内.

微小孔尺寸形状的脱模与图像测量

将脱模方法与显微图像处理结合,实现了微小孔内部轮廓的尺寸形状测量.首先采用具有超弹性的乙烯基聚硅氧烷作为制模材料,通过脱模方法将微小孔内部轮廓复制为模型的外部轮廓.然后在显微镜上采集模型的放大图像,利用图像分割、边缘提取、直线检测等图像处理手段,测量出微小孔内部直径随深度的变化曲线.开发出用于测量微小孔尺寸形状的应用软件,利用该软件对脱模法的复制精度进行校验.对于孔口直径在145～155μm的微孔,所制模型在孔口处直径与原始孔口直径的平均绝对值误差为0.9μm.通过脱模方法制作三维型腔模型,得到脱模模型形貌与原始形貌的平均绝对值误差为0.37μm,均方根误差为0.51μm.所提方法融合微米量级的脱模精度和像素级的图像测量精度,可用于微小孔孔径、内部轮廓形状等的测量.

工业机器人在航天器装配应用中的质量安全管理

为解决航天器装配中大质量设备安装及人员安全保证问题,对工业机器人在航天器装配应用中的质量安全管理进行研究。依据航天器装配中应用工业机器人的特点,通过激光扫描传感器实现机器人移动平台的碰撞预警,对移动平台的防倾覆进行受力分析,采用柔顺控制方法,实现机器人对外界环境的柔顺响应;同时,提出在管理上采取措施以规范、约束操作者的行为,达到在装配过程中的质量保证。该研究可为其他类似的自动化设备应用提供参考。

面向航天器装配的机械臂柔性力控研究

针对航天器装配的特点,研究一种机械臂柔性力控方法:在机械臂末端安装六维力传感器感力与力矩信息,通过重力补偿消除负载重力的影响,得到外部作用力/力矩信息作为输入控制机械臂运动,实现负载的柔性随动。

航天器大型舱段柔性对接技术研究

针对航天器大型舱段的自动柔性对接需求,基于并联调姿平台(6SPS)的舱段柔性对接技术开展研究。采用6SPS作为舱段位姿调整装置,在其6个支链上设置力传感器,测量每个支链所受的轴向力。在柔性对接控制中,根据负载质量特性及调姿平台姿态实时解算每个支链上由负载重力引起的轴向力,作为理论力;将实际测得的支链力与该理论力比较,进行力随动控制并调整支链长度,实现力反馈下的柔性对接控制。试验证明了力随动控制能实现根据支链力变化实时调整调姿平台位姿,满足舱段柔性对接的需求。

基于数据处理的航天器总装过程风险管控

针对航天器总装过程的风险识别与控制要求,提出一种基于数据处理的风险评价模型。该模型依托生产管理软件系统,选取设计文件变更次数、工艺文件变更次数和工装不满足工序要求数等为统计原始数据,依据经验公式量化地计算出总装各个阶段的风险,针对不同风险等级采取相应的风险控制措施,并应用到我国航天器总装过程管理中。在某遥感卫星的应用中,该模型在整星总装研制周期压缩25%的条件下,实现了"零缺陷"的质量目标,表明了所述方法在航天器总装过程风险管控中的有效性。

面向航天器装配测试的机器人系统及应用(上)

一需求背景当前我国已制订了系列发展规划纲要以促进我国航天技术发展及能力提升,其中《中国制造2025》规划提出了'制造'向'智造'转变的目标,航空航天装备是其中的重点领域,机器人、3D打印、物联网技术被确定为重点发展方向。

面向航天器装配测试的机器人系统及应用(下)

(接上期)三研究成果2双机器人协作装配系统随着单机器人的不断发展,单机器人在航天器装配中的应用取得了很大程度的提高。但是在航天产品的一些复杂装配操作时,单个机器人则是无法胜任的,如复杂狭小空间内的设备装配及特殊环境下的产品装配.

微细倒锥孔在线加工参数调控的电火花加工工艺

基于微细孔电火花加工中观测到的"腰鼓"现象,进行了微细倒锥孔的在线加工参数调控电火花加工工艺的研究。实验研究了开路电压、进给深度、变压深度、放电电容等加工参数对微孔加工孔形的影响。通过对工艺参数的优化选择,加工得到出入口直径平均相差18.6μm、锥度为1.16°的倒锥孔,可用于柴油发动机倒锥喷孔的加工。进一步实验了工件底面覆石蜡的倒锥孔加工方法,通过阻碍电蚀产物从通孔贯通出口的排出,来增加倒锥效果,加工得到的倒锥孔出入口直径差值增加到25μm以上。

航天器机械臂柔性力控辅助装配方法

文章从装配的实际需求出发,提出一种航天器机械臂柔性力控辅助装配方法:通过在机械臂末端法兰与负载之间安装的六维力传感器感知作用力与力矩信息,人手直接作用于机械臂末端的负载,系统通过负载的重力补偿算法获得人手作用的力与力矩信息,而后以力/力矩信息作为输入来控制机械臂进行移动或转动,使负载柔性跟随人手运动。文章给出了装配方法的详细设计方案与相关算法,并进行了初步试验验证。试验表明,该装配方法可以有效提高在航天器狭小空间内进行大重量工件安装的效率,且安全可靠。

液压定位器在航天器吊装中的应用分析

吊装作业是航天器总装过程中重要的工况之一,液压定位器能够控制吊装精度。随着我国航天器尺寸、重量的不断增大,对吊装精度提出了更高的要求。在分析航天器吊装工艺的基础上,提出了航天器吊装对接中的碰撞力计算模型。通过动力学仿真软件ADAMS,分析了不同下落距离下航天器的对接碰撞过程,得到了航天器对接碰撞的冲击加速度变化曲线。以某航天器舱体吊装为例,仿真分析了在不同精度下舱体对接过程中碰撞产生的最大加速度。计算结果表明随着定位精度提高,航天器对接中产生的最大加速度线性下降,能够确保航天器吊装过程中的安全。

航天服拉紧杆量化安装工艺研究

针对航天服拉紧杆安装拉力量化控制的需求,提出运用定力矩控制拉紧杆拉力的方法,并通过理论分析及数据拟合预测实际工况下达到定力值所需预设的力矩值。根据实际工况及测试需求搭建了该方法的测试系统,分别对影响拉力控制的因素:定力力矩值、螺纹光洁度、扳手加载终止角进行分析并实验。最后,根据实验结果提出定力矩法拉紧杆定力安装工艺,保证航天服装配的质量。

面向SDN数据层的双虚假IP地址动态跳变技术

嗅探攻击是一种常见且隐蔽性很强的网络攻击方式,这种攻击方式对通信数据的机密性造成了严重威胁,然而传统的防御手段受制于网络攻防对抗的严重不对称性,难以有效应对这种威胁。文章提出了一种面向SDN数据层的双虚假IP地址动态跳变技术,首先利用双虚假IP地址破坏通信数据在空间维度上的关联性,然后通过周期性IP地址跳变破坏通信数据在时间维度上的关联性,从而提高嗅探攻击者重组通信数据的难度以及成本。抗攻击有效性分析以及仿真实验表明,文章所提技术在提高抗嗅探攻击能力的同时,能保证较低的CPU消耗和通信时延。

基于双重地址跳变的移动目标防御方法

网络系统的确定性和静态性使得防御处在被动之中,移动目标防御作为一种改变攻守态势的防御理念被提出。针对嗅探和扫描攻击,文章提出一种基于双重地址跳变的移动目标防御方法——DAH。通过双重虚拟地址跳变频率分级,有效解决通信服务质量和跳变频率之间的矛盾,利用低频虚拟地址跳变保证网络可用性,利用高频虚拟地址跳变抵御嗅探攻击。通过检测主机异常通信行为构造欺骗数据包,以实现迷惑并阻断扫描攻击的效果。测试实验表明,DAH既可以保证网络的正常通信时延和CPU负载,又可以有效抵御嗅探和扫描攻击。

基于柔顺控制的航天器大部件机器人装配技术

针对航天器大部件装配需求,给出一套基于力/位控制的机器人柔顺装配方法。基于装配界面作用力方向及机器人工具坐标系方向,实时计算用于力/位控制的笛卡尔坐标系。为避免力控制过程中的机器人抖动,设计了力与机器人速度的“S”型关系曲线。针对自由空间力控制、销钉导向等典型应用需求给出了力/位控制策略。针对机器人负载发生变化情况下的界面分离问题,对机器人在装配不同阶段下负载的质量特性进行预先测量,在界面分离时进行负载质量特性参数的切换,实现对应负载的重力补偿,并采用柔顺控制方法释放待分离界面的作用力,最终实现界面安全分离。试验结果表明,采用所设计的力/位控制方法,在工件安装的各主要过程中,工件可以稳定顺应外部约束,最终安装到位,在界面分离阶段,所述方法可以有效释放界面作用力,实现界面安全分离。