基于在线调姿的航天器舱段自动对接系统设计
发布时间：2021-07-28 19:15
为解决中小型航天器舱段结构尺寸多样造成的自动化对接效率低、精度差等问题,提出了一种基于在线调姿的自动对接系统。该系统采用多自由度、可适应性调姿托架设计及多传感器数字化在线测量技术,通过调姿运动学分析,优化了航天器舱段对接流程,有效提高了航天器舱段对接的精度和效率。搭建了一台航天器舱段装配原理样机,并进行舱段自动对接试验,结果表明:该系统能够实现舱段部件的快速、精准调姿和对接。
【文章来源】：导弹与航天运载技术. 2020,(01)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
舱段数字化柔性对接平台Fig.4CabinDigitalFlexibleDockingPlatform
视觉确定舱段绕轴线的转角，如图7所示。a）一任意位姿舱段b）舱段位姿参数测量图7数字化测量技术原理Fig.7PrincipleofDigitalMeasurementTechnology激光轮廓传感器本质上是一种基于光学三角测量法的二维激光测距传感器，半导体激光发生器射出激光通过柱面物镜后散射为激光扇面，该激光扇面与被测物表面相交形成一条光带，该光带经一系列透镜折射后投射到CMOS传感器阵列上，信号处理器通过分析上述光带在传感器阵列上投影的位置即可获得被测物体表面与激光扇面相交形成的空间曲线的深度信息，如图8所示。鉴于传感器为离散阵列，其最终获得的实质上是光带上一系列离散点的深度信息[7~9]。图8激光轮廓传感器结构Fig.8LaserProfileSensorStructure激光轮廓传感器沿平行于全局坐标轴0X方向移动，激光扇面会测得光带上若干离散点相对于传感器的位置坐标，对这些点进行最小二乘拟合，得到待装配舱段的空间位姿、几何特征等信息，通过平移该传感器，则传感器可以扫略待测舱段表面一定的面积。因此，该传感器扫略范围之内舱段的部分圆柱面空间位姿即为已知。由于在扫描过程中同时记录激光轮廓传感器的0X方向上的坐标，因此令P0iXx，可取得位于若干平行平面上的轮廓数据，即1组相似的椭圆圆弧链12,,,NLLL，如图9所示。
和调姿的自由度要求，舱体底部以滚轮作为支撑，舱体两侧以抱爪抱紧，实现托架对舱体的夹持，对于不同外径的航天器舱段设计相应尺寸的抱爪和支撑轮。图4舱段数字化柔性对接平台Fig.4CabinDigitalFlexibleDockingPlatform2.2舱段对接调姿运动学分析测量系统获得的数据用于航天器舱段部件实际位姿状态的计算与监控，指导舱段按照规划的路径进行调姿和精准定位，因此对舱段对接调姿进行运动学分析尤为重要。为清楚了解调姿平台的运动学特性，需要对调姿平台进行运动学正解分析。简化后的原理示意如图5所示。图5调姿平台运动学分析原理模型Fig.5PrincipleModelofKinematicsAnalysisofAttitudeAdjustmentPlatform设舱段在A点设有连体坐标系SSSA"XYZ，初始情况下SSSA"XYZ各轴与全局坐标系0000OXYZ各轴平行，然后，坐标系SSSA"XYZ绕自身按右手定则绕SZ轴旋转角、再绕自身SY轴旋转角，得到舱段轴线的空间任意空间姿态，坐标系SSSA"XYZ绕自身SX轴旋转角，SO坐标为SSSSO(x,y,z)，则任意舱段位姿坐标可表示为SSS(x,y,z,,,)。SO到前支架环箍的中心点1R的距离为L，导轨上两支架之间的距离为D，前后两环箍中心到胡克铰中心点A、B的距离都为LR。根据齐次坐标变换规律可知，旋转后SSSA"XYZ的位姿相对于之前位姿，即相对于原点与A点重合、各轴与全局坐标系0000OXYZ平行的静坐标系000AXYZ，可用齐次变换矩阵AA"T来表示，即："SScossinsincos0coscossinsin0=Rot(,)Rot(,)=sin0cos00001AAcsZYT（1）同时，由于连体坐
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于线结构光的三维测量系统关键技术研究[J]. 余乐文,张达,张元生. 光电子·激光. 2016(02)
本文编号：3308482
【文章来源】：导弹与航天运载技术. 2020,(01)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
舱段数字化柔性对接平台Fig.4CabinDigitalFlexibleDockingPlatform
视觉确定舱段绕轴线的转角，如图7所示。a）一任意位姿舱段b）舱段位姿参数测量图7数字化测量技术原理Fig.7PrincipleofDigitalMeasurementTechnology激光轮廓传感器本质上是一种基于光学三角测量法的二维激光测距传感器，半导体激光发生器射出激光通过柱面物镜后散射为激光扇面，该激光扇面与被测物表面相交形成一条光带，该光带经一系列透镜折射后投射到CMOS传感器阵列上，信号处理器通过分析上述光带在传感器阵列上投影的位置即可获得被测物体表面与激光扇面相交形成的空间曲线的深度信息，如图8所示。鉴于传感器为离散阵列，其最终获得的实质上是光带上一系列离散点的深度信息[7~9]。图8激光轮廓传感器结构Fig.8LaserProfileSensorStructure激光轮廓传感器沿平行于全局坐标轴0X方向移动，激光扇面会测得光带上若干离散点相对于传感器的位置坐标，对这些点进行最小二乘拟合，得到待装配舱段的空间位姿、几何特征等信息，通过平移该传感器，则传感器可以扫略待测舱段表面一定的面积。因此，该传感器扫略范围之内舱段的部分圆柱面空间位姿即为已知。由于在扫描过程中同时记录激光轮廓传感器的0X方向上的坐标，因此令P0iXx，可取得位于若干平行平面上的轮廓数据，即1组相似的椭圆圆弧链12,,,NLLL，如图9所示。
和调姿的自由度要求，舱体底部以滚轮作为支撑，舱体两侧以抱爪抱紧，实现托架对舱体的夹持，对于不同外径的航天器舱段设计相应尺寸的抱爪和支撑轮。图4舱段数字化柔性对接平台Fig.4CabinDigitalFlexibleDockingPlatform2.2舱段对接调姿运动学分析测量系统获得的数据用于航天器舱段部件实际位姿状态的计算与监控，指导舱段按照规划的路径进行调姿和精准定位，因此对舱段对接调姿进行运动学分析尤为重要。为清楚了解调姿平台的运动学特性，需要对调姿平台进行运动学正解分析。简化后的原理示意如图5所示。图5调姿平台运动学分析原理模型Fig.5PrincipleModelofKinematicsAnalysisofAttitudeAdjustmentPlatform设舱段在A点设有连体坐标系SSSA"XYZ，初始情况下SSSA"XYZ各轴与全局坐标系0000OXYZ各轴平行，然后，坐标系SSSA"XYZ绕自身按右手定则绕SZ轴旋转角、再绕自身SY轴旋转角，得到舱段轴线的空间任意空间姿态，坐标系SSSA"XYZ绕自身SX轴旋转角，SO坐标为SSSSO(x,y,z)，则任意舱段位姿坐标可表示为SSS(x,y,z,,,)。SO到前支架环箍的中心点1R的距离为L，导轨上两支架之间的距离为D，前后两环箍中心到胡克铰中心点A、B的距离都为LR。根据齐次坐标变换规律可知，旋转后SSSA"XYZ的位姿相对于之前位姿，即相对于原点与A点重合、各轴与全局坐标系0000OXYZ平行的静坐标系000AXYZ，可用齐次变换矩阵AA"T来表示，即："SScossinsincos0coscossinsin0=Rot(,)Rot(,)=sin0cos00001AAcsZYT（1）同时，由于连体坐
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于线结构光的三维测量系统关键技术研究[J]. 余乐文,张达,张元生. 光电子·激光. 2016(02)
本文编号：3308482
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/hangkongsky/3308482.html
