為解決中小型航天器艙段結(jié)構(gòu)尺寸多樣造成的自動(dòng)化對接效率低、精度差等問題,提出了一種基于在線調(diào)姿的自動(dòng)對接系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用多自由度、可適應(yīng)性調(diào)姿托架設(shè)計(jì)及多傳感器數(shù)字化在線測量技術(shù),通過調(diào)姿運(yùn)動(dòng)學(xué)分析,優(yōu)化了航天器艙段對接流程,有效提高了航天器艙段對接的精度和效率。搭建了一臺航天器艙段裝配原理樣機(jī),并進(jìn)行艙段自動(dòng)對接試驗(yàn),結(jié)果表明:該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)艙段部件的快速、精準(zhǔn)調(diào)姿和對接。 

【文章來源】：導(dǎo)彈與航天運(yùn)載技術(shù). 2020,(01)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

艙段數(shù)字化柔性對接平臺Fig.4CabinDigitalFlexibleDockingPlatform

視覺確定艙段繞軸線的轉(zhuǎn)角，如圖7所示。a）一任意位姿艙段b）艙段位姿參數(shù)測量圖7數(shù)字化測量技術(shù)原理Fig.7PrincipleofDigitalMeasurementTechnology激光輪廓傳感器本質(zhì)上是一種基于光學(xué)三角測量法的二維激光測距傳感器，半導(dǎo)體激光發(fā)生器射出激光通過柱面物鏡后散射為激光扇面，該激光扇面與被測物表面相交形成一條光帶，該光帶經(jīng)一系列透鏡折射后投射到CMOS傳感器陣列上，信號處理器通過分析上述光帶在傳感器陣列上投影的位置即可獲得被測物體表面與激光扇面相交形成的空間曲線的深度信息，如圖8所示。鑒于傳感器為離散陣列，其最終獲得的實(shí)質(zhì)上是光帶上一系列離散點(diǎn)的深度信息[7~9]。圖8激光輪廓傳感器結(jié)構(gòu)Fig.8LaserProfileSensorStructure激光輪廓傳感器沿平行于全局坐標(biāo)軸0X方向移動(dòng)，激光扇面會測得光帶上若干離散點(diǎn)相對于傳感器的位置坐標(biāo)，對這些點(diǎn)進(jìn)行最小二乘擬合，得到待裝配艙段的空間位姿、幾何特征等信息，通過平移該傳感器，則傳感器可以掃略待測艙段表面一定的面積。因此，該傳感器掃略范圍之內(nèi)艙段的部分圓柱面空間位姿即為已知。由于在掃描過程中同時(shí)記錄激光輪廓傳感器的0X方向上的坐標(biāo)，因此令P0iXx，可取得位于若干平行平面上的輪廓數(shù)據(jù)，即1組相似的橢圓圓弧鏈12,,,NLLL，如圖9所示。

和調(diào)姿的自由度要求，艙體底部以滾輪作為支撐，艙體兩側(cè)以抱爪抱緊，實(shí)現(xiàn)托架對艙體的夾持，對于不同外徑的航天器艙段設(shè)計(jì)相應(yīng)尺寸的抱爪和支撐輪。圖4艙段數(shù)字化柔性對接平臺Fig.4CabinDigitalFlexibleDockingPlatform2.2艙段對接調(diào)姿運(yùn)動(dòng)學(xué)分析測量系統(tǒng)獲得的數(shù)據(jù)用于航天器艙段部件實(shí)際位姿狀態(tài)的計(jì)算與監(jiān)控，指導(dǎo)艙段按照規(guī)劃的路徑進(jìn)行調(diào)姿和精準(zhǔn)定位，因此對艙段對接調(diào)姿進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析尤為重要。為清楚了解調(diào)姿平臺的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性，需要對調(diào)姿平臺進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)正解分析。簡化后的原理示意如圖5所示。圖5調(diào)姿平臺運(yùn)動(dòng)學(xué)分析原理模型Fig.5PrincipleModelofKinematicsAnalysisofAttitudeAdjustmentPlatform設(shè)艙段在A點(diǎn)設(shè)有連體坐標(biāo)系SSSA"XYZ，初始情況下SSSA"XYZ各軸與全局坐標(biāo)系0000OXYZ各軸平行，然后，坐標(biāo)系SSSA"XYZ繞自身按右手定則繞SZ軸旋轉(zhuǎn)角、再繞自身SY軸旋轉(zhuǎn)角，得到艙段軸線的空間任意空間姿態(tài)，坐標(biāo)系SSSA"XYZ繞自身SX軸旋轉(zhuǎn)角，SO坐標(biāo)為SSSSO(x,y,z)，則任意艙段位姿坐標(biāo)可表示為SSS(x,y,z,,,)。SO到前支架環(huán)箍的中心點(diǎn)1R的距離為L，導(dǎo)軌上兩支架之間的距離為D，前后兩環(huán)箍中心到胡克鉸中心點(diǎn)A、B的距離都為LR。根據(jù)齊次坐標(biāo)變換規(guī)律可知，旋轉(zhuǎn)后SSSA"XYZ的位姿相對于之前位姿，即相對于原點(diǎn)與A點(diǎn)重合、各軸與全局坐標(biāo)系0000OXYZ平行的靜坐標(biāo)系000AXYZ，可用齊次變換矩陣AA"T來表示，即："SScossinsincos0coscossinsin0=Rot(,)Rot(,)=sin0cos00001AAcsZYT（1）同時(shí)，由于連體坐

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于線結(jié)構(gòu)光的三維測量系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[J]. 余樂文,張達(dá),張?jiān)?  光電子·激光. 2016(02)



本文編號：3308482