空间机器人在轨组装多模块单元的对接力控制与地面实验

将空间结构模块化单元呈堆叠式发射后通过空间机器人实施在轨组装,是构建大型空间结构颇具前景的一种方式.空间机器人在轨组装空间结构模块单元过程中存在动力学模型复杂、对接力控制难和对接过程干扰强等问题.针对上述难点,分析了多模块单元在轨组装接触情景,建立了空间机器人在轨组装的动力学模型和三维空间接触动力学模型,在此基础上采用了一种基于模型参考自适应阻抗控制的对接过程接触力控制方法.该方法根据力跟踪误差值实时调整顺应轨迹以适应复杂工况和抵抗外界干扰,从而使接触力准确跟踪期望值,以保证模块单元成功对接的同时避免物理接触对机械结构造成损坏.搭建了空间机器人组装模块单元的仿真平台和地面实验平台,对空间机器人动力学模型和控制方法进行了验证.实验结果表明自适应阻抗控制方法在多模块单元同步对接的复杂接触情景下,仍具有良好的力控制性能和环境适应能力.该方法可应用于(超)大口径太空光学组合镜组等空间大型结构在轨组装过程的力控制.

面向精度提升与工艺改进的容差分配多目标模型融合方法

在现代机械产品装配容差优化过程中,多以简单加权求和的方式构建多目标容差优化模型,求解效果较差且与装配现场的适用性不强。鉴于此,以装配精度提升与工艺改进为目标导向,首先,考虑配合误差引起的零件上不同关键特征间的位姿变动,构建装配误差传递累积模型与协调尺寸链,精准预测装配误差与多装配体间的协调误差;其次,结合各制造环节误差数据与装配精度累积数据,分别建立加工成本、质量损失、修配成本3个单目标优化模型,并以此提出可避免容差数据优化失衡与优化方向偏离的多目标模型权重参数分配方法,构建多目标容差优化分配模型;最后,采用加速粒子群算法求解得到面向工艺性能提升的各组成环误差数值。以某型航天器分段式机翼对接装配优化为例,在改进产品定位装夹方式之前,机翼对接外形阶差与修配成本分别降低94.68%与83.49%;在使用外形卡板定位后,通过优化使上述两项装配指标分别降低11.21%与8.50%,有效地保障了产品型面装配精度与对接协调质量。

飞机发动机数字化对接安装工艺研究

研究数字化对接安装工艺在飞机发动机制造中的应用。首先,描述了传统安装工艺,突出其繁琐和高人力成本。接着探讨数字化工艺的优势,包括提高效率、降低成本和提高精确度。详细介绍激光跟踪测量系统、脉动生产线集成管理系统和发动机数字化安装平台的作用。然后,讨论了数字化对接可能遇到的问题,以及规划设计的关键要点。总结了数字化对接的优势和应用,并展望了未来的发展方向,着重强调了技术创新和可持续性的推动作用。

漂浮式海上风电装备码头总装工艺技术

码头总装是漂浮式海上风电装备建造的关键技术之一,漂浮式海上风电装备体积大、重量重、构件多,总装难度大.为解决这一难题,以“扶摇号”漂浮式海上风电装备为研究对象,创新性地提出在码头完成平台风机总装、整体拖航至风场位置的方案,解决了漂浮式海上风电平台现场安装风机稳性较差的安全性问题.在建造过程中通过方案分析、工艺改进等系统性开展了基于漂浮式基础的塔筒安装定位技术、机舱吊装技术与叶片安装技术研究,最终形成了一套切实可行的总装技术方案,为漂浮式海上风电产业的发展提供助力.

面向装配对接的双视觉测量试验系统优化标定方法

针对航空航天、轨道交通零部件装配对接测量与定位过程,为解决测量视场范围大、多种测量设备组合使用步骤烦琐等问题,对面向装配对接的双视觉测量系统标定方法进行了研究。通过构建双视觉测量系统模型,分析系统间各相机参数的关系,在单个双目系统中引入闭环约束,结合LM算法对单个双目系统中的相机参数进行优化,另外采用改进的EPnP算法对双视觉系统进行标定,并结合自行设计的双面一维靶标完成了双视觉系统的全局标定和坐标转换。模拟对接试验的结果表明,该优化标定算法在精度上优于传统算法,并在使用过程中简化测量步骤,提高测量效率。

基于距离加权误差的曲面体位姿调整优化算法

针对大型曲面体装配对接中存在的误差优化,研究了位姿调整中控制点匹配问题和测量误差最小化算法。提出了一种由对接基准面位置决定的距离加权误差计算新模型,研究不同的位姿控制点与基准面的位置关系对制造误差的权重赋值,并对控制点的理论坐标进行预处理,用非线性最小二乘法和高斯—牛顿迭代法求解坐标系转换的七参数最优解。通过实验验证,相比预处理前,该算法有效提高了对接准确度,为机床定位器调姿提供了一种新方法。

某航天型号部段装配工艺研究

为保证某航天型号部段装配工作顺利开展,对该型号部段的装配工艺进行研究分析,确定了装配工作流程。从产品研制的全生命周期将工艺设计划分为顶层工艺规划阶段、工艺装备设计阶段和工艺详细设计阶段。首先进行顶层工艺规划,确定装配单元和定位方式。其次,根据产品特点确定工艺装备的形式,并在此基础上进行详细的工艺设计。最后,阐述大部段对接方法,完成完整的工艺设计工作,为其他型号的工艺设计提供一种新的思路。

一种新的自组装模块化群体机器人——对接机构设计与自组装控制

基于新型自组装模块化群体机器人Sambot,研究并实现了多个机器人之间的自主对接与自组装控制.首先,提出了一种由对接卡扣与对接卡槽组成的新型对接机构,它可以使多个Sambot在一定对接偏差范围内,从前、后、左、右4个方向同时进行对接;其次,采用基于行为的控制方法,仅依赖机器人自身红外传感器的局部感知和通信能力,实现了对接机器人寻找目标、导航和自主对接等自组装行为;最后,成功完成了两个Sambot的自主对接与自组装控制实验.实验结果表明,本文提出的自组装控制方法可以直接扩展到多个Sambot的情形,来构建任意构型的集合体机器人.

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。

导弹总装自动对接装配机构的设计与研究

针对传统导弹对接装配技术自动化程度低、产品质量差的问题,提出一种针对导弹总装的全自动对接装配机构。该机构利用视觉对接技术实时测量两对接舱段的相对位置及姿态偏差,并通过闭环控制完成舱段的自动对接。运用D-H法对机构进行运动学分析,得到了机构的数学模型。在此基础之上建立机构的误差模型,并基于蒙特卡洛法对其位置精度进行了分析。分析结果表明:位置定位精度满足自动对接装配机构的设计要求,对导弹总装对接机构的设计具有重要的参考意义。

飞机部件数字化对接装配实验平台及教学项目设计

基于飞机部件数字化对接装配原理,设计搭建包含机身、机翼实验件、数控柔性定位器、测量系统、控制系统的实验平台,设计了数字化装配定位、大尺寸零件测量、大部件调姿轨迹规划和对接过程集成控制4个实验模块,让学生从单点知识到集成应用、硬件到软件、概念到实际操作掌握飞机大部件对接装配的基本原理,为学生开展多学科融合的创新性、工程性研究与学习提供实验环境,增强学生的工程实践能力。

航天器总装过程中基于并联调姿平台的太阳翼数字化对接技术

太阳翼是提供航天器空间电源的主要形式,太阳翼可靠的对接展开锁定是保证其正常在轨工作与准确对日定向的关键。太阳翼对接是航天器总装实施的重要环节。首先简要分析传统太阳翼对接技术;其次,对并联机器人的技术指标、工作模式、适用工况进行分析,指出并联机器人可以满足太阳翼对接精度和工况要求;最后,提出了基于激光跟踪仪的并联机器人太阳翼对接方法。

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。

面向船坞总组场地的分段调度管理技术研究

结合当前船厂总组场地调度管理现状,提出了总组场地调度管理解决方案。突破场地布局智能优化技术、多吊车协同优化等分段调度技术,自主研发总组场地调度管理系统,实现总组场地的分段调度仿真优化。并以国内某大型船厂为例,通过软件实施,为调度管理人员提供决策支持,保证了船厂总组搭载阶段的均衡、高效生产。

一种面向叉耳式翼身对接的视觉测量方法

针对某型叉耳式翼身对接飞机在外场拆卸重装等特殊环境下,激光跟踪仪因现场环境等原因难以放置到满足测量精度要求的位置上进行直接测量的问题,提出一种基于视觉的直接测量方法。并搭建出该测量系统的模型,分析建立视觉测量系统所涉及到的关键技术,同时给出一种基于弧段组合的椭圆检测方法。最终通过模拟叉耳孔对接测量试验验证该方法的可行性。试验结果表明叉耳孔轴线间隙距离测量精度可达0.03mm,轴线角度测量精度达到0.025°,满足实际对接测量要求。

基于重大件货物拖拉作业装船的抛双锚船尾靠泊方法

针对目前很多港口引航员和重大件运输船的船长在船舶对滑道的船尾靠泊方法方面缺乏理论知识和实践经验作支撑的现状,为保证船舶靠泊安全及拖拉作业装货安全,从理论与实践相结合的角度研究抛双锚船尾靠泊方法非常有必要。从理论的角度建立出链长度与角度关系的数学模型,从实践的角度确定出链长度和角度参数,确定抛锚时机,总结船尾靠泊的操纵方法及注意事项,最终得出指导性结论。

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。

空间对接机构技术综述

对空间对接机构及其技术进行了综述。将空间对接机构分为载人大型对接机构和非密封小型对接机构两大类,阐述了空间对接机构的物资补给与人员轮换、大型航天器或平台在轨装配、航天器在轨服务,以及探测器飞行过程构型优化等主要用途。将空间对接技术划为早期探索、实用、发展成熟和深入发展4个阶段。归纳了主要空间对接机构的特点。分析了空间对接技术中的总体设计、关键部件研制、对接力学仿真、对接机构试验等难点。回顾了我国空间对接技术的发展历程,以及突破的总体技术方案、捕获与缓冲设计、连接设计,以及其它设计要素等关键技术。给出了我国空间对接机构应用取得的重大成就。介绍了国外载人弱撞击式对接机构、停靠性对接机构和卫星对接机构等新型空间对接机构的研究背景、进展和涉及的关键技术。提出了未来我国空间对接技术发展路线,建议开展弱撞击对接系统、卫星对接机构的研究,并将合作目标对接技术向非合作目标捕获方向拓展。

船舶坞排维修作业平台门架强度设计计算

船舶坞排维修作业平台是一种用于船舶坞排维修作业的登高作业装置。门架是平台的关键部件之一,门架的强度是影响平台安全性的重要因素。滚轮施加给门架的作用力,就是门架承受的外载荷,内门架和外门架都可以简化为一端铰支、一端自由的悬臂梁,按照单根薄壁杆来计算。在垂直于门架的平面内,通过校核危险截面的弯曲强度,得到门架的强度满足设计要求。

可移动柔性工装对接稳定性研究

随着航空工业的快速发展,传统飞机工装已经不足以满足实际生产过程中的需要。因此,为提高生产效率,实现智能化装配过程,数字化柔性工装成为飞机工装制造的主流发展方向。通过对工装本身设计特点所需体现的关键测量特性进行控制,结合数字化测量设备坐标系建立与拟合的原理,完成可移动柔性工装在移动过程中的对接稳定性研究,进而提高飞机的测量精度和装配效率。