舱段对接位姿拟合解算与轨迹规划技术仿真研究

发布时间：2020-11-19 22:15

　　 舱段对接是航天类产品总装过程中的核心环节,其对接效率与质量基本上决定了产品的生产制造周期、成本和最终质量。而传统的对接方式存在效率低、精度和装配质量一致性较差等问题,难以满足快速发展的实际生产要求,所以实现舱段自动对接以提高对接效率与质量显得尤为重要。为此,本文针对舱段自动对接过程中所涉及到的位姿拟合解算、调姿机构轨迹规划等技术进行了仿真研究。在分析舱段对接过程的基础上,提出了以激光跟踪仪和并联调姿机构为主体的舱段自动对接系统并阐述了其工作原理;同时对激光跟踪测量方案及位姿表达方式进行了介绍并对并联调姿机构的运动学和动力学进行了分析推导。为了实现舱段和并联调姿机构动平台的位姿拟合,介绍了坐标系基准的构建,提出了基于关键特征的舱段位姿最小二乘拟合算法并以固定舱段为例进行了数值仿真分析,另外采用四元数法对并联调姿机构动平台的初始空间位姿进行了拟合求解和数值仿真分析,同时通过对位姿链的分析推导出了并联调姿机构动平台的目标位姿。通过对并联调姿机构轨迹规划边界条件和约束限制的分析,设定了总调姿时间最小、总能耗最小、支链伸缩急动度最大绝对值最小等三个优化性能目标,并采用五次B样条曲线构造了工作空间轨迹,同时利用人工免疫算法求解出了多目标优化轨迹,获得了pareto解集,最后利用平均最优解进行了轨迹性能分析。利用Simulink和Sim Mechanics构建了并联调姿机构轨迹跟随控制仿真模型,并设计开发了集位姿拟合解算、轨迹规划与轨迹跟随控制仿真于一体的舱段自动对接技术仿真平台,通过模拟实验验证了功能的有效性。
【学位单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：V465
【部分图文】：

（a）Tripod 机构 （b）Hexapod 机构图 1.2 两种飞机部件自动对接装配机构波音和空客等大型航空制造公司主要采用大尺寸数字化测量设备和数控定位器的柔性工装系统来完成大部件的定位和自动对接任务[5-8]，其通过测量设备获得部件空间位姿，然后编制程序控制各数控定位器的运动，从而实现对不同外形大部件的定位与对接装配目标。其系统原理图如图 1.3 所示，实际应用如图 1.4 所示。图 1.3 飞机部件自动对接系统原理图 图 1.4 波音 787 大部件自动对接系统在国防领域：美国波音公司配备的航天器数字化自动对接系统如图 1.5 所示，其

华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文（a）Tripod 机构 （b）Hexapod 机构图 1.2 两种飞机部件自动对接装配机构波音和空客等大型航空制造公司主要采用大尺寸数字化测量设备和数控定位器的柔性工装系统来完成大部件的定位和自动对接任务[5-8]，其通过测量设备获得部件空间位姿，然后编制程序控制各数控定位器的运动，从而实现对不同外形大部件的定位与对接装配目标。其系统原理图如图 1.3 所示，实际应用如图 1.4 所示。

华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文（a）Tripod 机构 （b）Hexapod 机构图 1.2 两种飞机部件自动对接装配机构波音和空客等大型航空制造公司主要采用大尺寸数字化测量设备和数控定位器的柔性工装系统来完成大部件的定位和自动对接任务[5-8]，其通过测量设备获得部件空间位姿，然后编制程序控制各数控定位器的运动，从而实现对不同外形大部件的定位与对接装配目标。其系统原理图如图 1.3 所示，实际应用如图 1.4 所示。
【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 梅中义;黄超;范玉青;;飞机数字化装配技术发展与展望[J];航空制造技术;2015年18期

2 王琨;骆敏舟;曹毅;李可;张秋菊;;基于执行时间约束的机器人关节空间轨迹优化[J];计算机工程与设计;2015年06期

3 屈稳太;杨家强;张明晖;;大部件姿态的快速计算与高精度多轴同步控制[J];浙江大学学报(工学版);2014年12期

4 易旺民;段碧文;高峰;韩先国;;大型舱段装配中的水平对接技术[J];计算机集成制造系统;2015年09期

5 徐碧菡;孙涪龙;赵罡;邢宏文;;大部件对接中基于单位四元数的iGPS测量位姿比对研究[J];图学学报;2014年05期

6 马政伟;李卫东;万敏;高红;;飞机侧壁部件装配调姿机构的设计与分析[J];北京航空航天大学学报;2014年02期

7 刘继红;庞英仲;邹成;;基于关键特征的飞机大部件对接位姿调整技术[J];计算机集成制造系统;2013年05期

8 杜福洲;吴璞;;基于位姿测量不确定度的飞机对接质量评估[J];北京航空航天大学学报;2013年01期

9 朱绪胜;郑联语;;基于关键装配特性的大型零部件最佳装配位姿多目标优化算法[J];航空学报;2012年09期

10 姚宜斌;黄承猛;李程春;孔建;;一种适用于大角度的三维坐标转换参数求解算法[J];武汉大学学报(信息科学版);2012年03期

相关博士学位论文 前1条

1 王会方;串联机器人多目标轨迹优化与运动控制研究[D];浙江大学;2011年

相关硕士学位论文 前7条

1 包敏;混合差分和细菌觅食的多目标优化算法[D];兰州交通大学;2016年

2 谢龙辉;六自由度运动平台优化设计及动态仿真研究[D];浙江大学;2016年

3 马剑锋;导弹数字化柔性对接系统设计及试验研究[D];哈尔滨工业大学;2014年

4 黄晓敏;基于Matlab的六自由度平台研究[D];华南理工大学;2013年

5 孙强;硅片传输机器人轨迹规划的研究与实现[D];大连理工大学;2012年

6 季红侠;飞机大部件对接中的自动测量技术研究与系统开发[D];南京航空航天大学;2012年

7 温海营;六自由度坦克驾驶模拟器设计优化及其轨迹规划[D];大连理工大学;2011年

本文编号：2890514