面向六自由度调姿平台数字化精密装配方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种面向六自由度调姿平台数字化精密装配方法及系统，包括如下步骤：根据六自由度调姿平台的特点，定义系统坐标系以及相应姿态描述；从调姿平台的几何结构出发，分解调姿平台的结构，简化分析目标；通过运动学正逆解，建立调姿平台的运动学模型；基于特征点对的旋转矩阵，提出一套满足调姿平台精度的求解算法，最终实现星体与太阳翼自动引导对接功能。目前太阳翼装配过程主要依赖人工，依赖技术人员的技术水平导致装配速度慢，不确定性高。该方法可以通过对卫星星体姿态与太阳翼姿态进行高精度识别，通过专用的六自由度调姿平台对卫星星体姿态进行高精度识别，并自动化准确引导，完成精密对接。完成精密对接。完成精密对接。

【技术实现步骤摘要】
面向六自由度调姿平台数字化精密装配方法及系统


[0001]本专利技术涉及工业测量的
，具体地，涉及面向六自由度调姿平台数字化精密装配方法及系统，尤其涉及基于运动学面向六自由度调姿平台数字化精密装配的方法。

技术介绍

[0002]卫星装配是卫星制造的最后一个阶段，也是最关键的一个阶段。由于卫星具有小批量研制、大尺寸装配的特点，传统自动化生产难以满足需要。目前太阳翼装配过程主要依赖于人工，依赖技术人员的技术水平导致装配速度慢，不确定性高。
[0003]2021年，我国发射卫星数目位居世界第三，共实施发射任务55次，首次达到50+水平再度位居世界第一。随着航空航天产品尺寸越来越大，结构越来越复杂，要求零配件、零组件之间的装配精度愈来愈高，客观上对于总装工艺的性能指标提出了更高的要求。在总装装配方面我国仍处于较落后的水平，大多数卫星装配过程仍依靠技术人员的工作经验与技术水平，过度依赖人工导致其装配精度具有不确定性，从而导致卫星装配可靠性低，安全性差等不足，采用数字化装配手段是提高卫星装配质量的有效途径。
[0004]数字化装配主要是通过对生产线中的产品零部件的安装参数进行测量，对工装机械机构进行运动规划与控制，使之到达指定位姿，以此实现装配的自动化。数字化装配系统可以主要分为测量与调整两大部分。其中对卫星零部件的测量属于大尺寸测量范畴,测量范围可以从几米到几十米，测量对象包括卫星零部件的空间位置、形状、运动轨迹和尺寸等。相较于传统坐标测量技术，使用激光跟踪仪进行测量具有量程大,精度高，可动态测量，安全性高等优点，可以满足这类尺寸巨大结构特征复杂零件高精度测量的要求，随着生产制造精度的不断提高，对于测量精度的要求也在不断提高，各个国家也在不断致力于开发新的更高精度的测量系统。除此之外，执行机构是整个系统完成既定功能的基础,卫星装配过程对卫星调姿机构有独特的技术要求,需要进行合理的设计，满足功能与性能指标。
[0005]因此，亟需研发一种数字化装配系统通过高精度测量与执行装置，得到零部件的几何参数与安装位置信息，能有效保证其生产精度与装配精度。对提升我国卫星生产自动化，提高卫星装配精度具有重要意义。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种面向六自由度调姿平台数字化精密装配方法及系统。
[0007]根据本专利技术提供的一种面向六自由度调姿平台数字化精密装配方法，包括：
[0008]步骤S1：根据六自由度调姿平台的特点，定义系统坐标系以及相应姿态描述；
[0009]步骤S2：从调姿平台的几何结构出发，分解调姿平台的结构，简化分析目标；
[0010]步骤S3：通过运动学正逆解，建立调姿平台的运动学模型；
[0011]步骤S4：通过运动学逆解，根据展开架上固定的太阳翼的坐标求解卫星的目标姿态；
[0012]步骤S5：基于特征点对的旋转矩阵，提出满足调姿平台精度的求解算法。
[0013]优选地，所述步骤S1中通过建立四个坐标系，分别包括3D相机坐标系、调姿台坐标系、末端输出坐标系与卫星坐标系。
[0014]优选地，所述3D相机坐标系作为世界坐标系进行测量数据转换工作，所述末端输出坐标系以夹具安装面圆心为原点，中心轴线为X轴建立右手坐标系，描述调姿台末端输出姿态，所述卫星坐标系与末端输出坐标系重合，描述卫星姿态。
[0015]优选地，所述步骤S2中通过调姿平台的几何结构，将其分为立卧部分与底座部分；立卧部分各轴相互耦合，底座部分各轴之间为解耦状态。
[0016]优选地，在调姿台坐标系下，将原结构几何化，对该平台进行运动学建模，包括底座部分与立卧部分，底座部分包括X轴、Y轴和C轴，各轴之间处于解耦合状态；立卧部分包括B轴、Z轴和A轴，且各轴之间相互耦合。
[0017]优选地，所述步骤S3中通过几何简图，对运动学逆解公式进行推导，基于卫星姿态描述，得到平台各个轴相对于零点的进给量；对运动学正解推导，依据几何关系由平台各个轴所处位置推导出当前末端的姿态。
[0018]优选地，依据几何简图，提出卫星姿态描述方法和平台各轴运动量，对运动学正逆解公式进行推导，卫星姿态描述为(x,y,z,α,β,γ)，平台各轴运动量为(X,Y,Z,A,B,C)，依次为平台绕着X轴平动，Y轴平动、Z轴平动、A轴旋转，B轴旋转、C轴旋转的顺序。
[0019]优选地，所述步骤S4中对固定在展开架上的太阳翼的坐标进行逆运动求解得到卫星的目标姿态。
[0020]优选地，所述步骤S4中，提出基于特征点对旋转矩阵的卫星目标位姿与实际位姿求解算法；该算法通过空间中三点确定该物体的坐标位置，得到当前的坐标变换公式，利用最小二乘法求解各轴运动量，最终得到卫星当前相对于调姿台的姿态信息。
[0021]本专利技术还提供一种面向六自由度调姿平台数字化精密装配系统，所述系统包括如下模块：
[0022]模块M1：根据六自由度调姿平台的特点，定义系统坐标系以及相应姿态描述；
[0023]模块M2：从调姿平台的几何结构出发，分解调姿平台的结构，简化分析目标；
[0024]模块M3：通过运动学正逆解，建立调姿平台的运动学模型；
[0025]模块M4：通过运动学逆解，根据展开架上固定的太阳翼的坐标求解卫星的目标姿态；
[0026]模块M5：基于特征点对的旋转矩阵，提出满足调姿平台精度的求解算法。
[0027]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0028]1、本专利技术只通过一台3D相机和一台六自由度调姿平台，即可以大幅度降低成本，避免多台经纬仪互瞄，无需考虑经纬仪互瞄过程中的光路遮挡，提高了测量精度和测量效率；
[0029]2、本专利技术提出了卫星姿态描述方法和平台各轴运动量，对六自由度调姿平台几何简图的运动学正逆解，得到了相关坐标系下的坐标转换；
[0030]3、本专利技术基于空间上的特征点对，利用最小二乘法求解各轴运动量，最终得到卫星当前相对于调姿台的姿态信息，进而完成精密装配。
附图说明
[0031]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0032]图1为本专利技术的功能示意图；
[0033]图2为本专利技术数字化装配系统流程的示意图；
[0034]图3为本专利技术中六自由度调姿平台的几何简图。
具体实施方式
[0035]下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。
[0036]实施例1：
[0037]根据本专利技术提供的一种面向六自由度调姿平台数字化精密装配方法，包括：
[0038]步骤S1：根据六自由度调姿平台的特点，定义系统坐标系以及相应姿态描述；通过建立四个本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向六自由度调姿平台数字化精密装配方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤S1：根据六自由度调姿平台的特点，定义系统坐标系以及相应姿态描述；步骤S2：从调姿平台的几何结构出发，分解调姿平台的结构，简化分析目标；步骤S3：通过运动学正逆解，建立调姿平台的运动学模型；步骤S4：通过运动学逆解，根据展开架上固定的太阳翼的坐标求解卫星的目标姿态；步骤S5：基于特征点对的旋转矩阵，提出满足调姿平台精度的求解算法。2.根据权利要求1所述的面向六自由度调姿平台数字化精密装配方法，其特征在于，所述步骤S1中通过建立四个坐标系，分别包括3D相机坐标系、调姿台坐标系、末端输出坐标系与卫星坐标系。3.根据权利要求2所述的面向六自由度调姿平台数字化精密装配方法，其特征在于，所述3D相机坐标系作为世界坐标系进行测量数据转换工作，所述末端输出坐标系以夹具安装面圆心为原点，中心轴线为X轴建立右手坐标系，描述调姿台末端输出姿态，所述卫星坐标系与末端输出坐标系重合，描述卫星姿态。4.根据权利要求1所述的面向六自由度调姿平台数字化精密装配方法，其特征在于，所述步骤S2中通过调姿平台的几何结构，将其分为立卧部分与底座部分；立卧部分各轴相互耦合，底座部分各轴之间为解耦状态。5.根据权利要求4所述的面向六自由度调姿平台数字化精密装配方法，其特征在于，在调姿台坐标系下，将原结构几何化，对该平台进行运动学建模，包括底座部分与立卧部分，底座部分包括X轴、Y轴和C轴，各轴之间处于解耦合状态；立卧部分包括B轴、Z轴和A轴，且各轴之间相互耦合。6.根据权利要求1所述的面向六自由度调姿平台数字化精密装配方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：莫威，黄雅阁，邹伟，
申请(专利权)人：上海交大智邦科技有限公司，
类型：发明
国别省市：