卫星部件安装位置精确调整算法与系统实现

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1、哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第1章绪论1.1课题来源及研究目的和意义1.1.1课题来源本课题是航天五院承担的总装“十一五”计划预研项目——“卫星虚拟装配技术及应用”（项目号：513200203）的重要组成部分。1.1.2研究目的和意义人造卫星种类繁多，精度高，结构复杂，且大多数采取组合化结构，即把整个卫星分成相对独立的若干模块，卫星研发过程包括研制、生产、组装、检测、试验，总装、精调。然而，目前我国卫星的研制工作还处于单星研制模式，设计与生产稳定性差，不可逆和不可测项目多，往往在实际装配中才发现问题，导致卫星研制的周期长，效率低，严重制约了我国卫星研制的批生产能力和产业化能力。星载设备安

2、装精度的测量调整是卫星总装过程中的重要环节。主要包括精度测量和精确调整两部分。为了保证卫星在飞行期间能够正常工作，星上某些关键仪器设备（包括太阳敏感器、地球敏感器、惯性器件和推力组件等）总体设计部门都提供了严格的安装位置和精度要求，但在实际装配过程中，由于零部件存在加工误差和受力变形等因素，星载设备安装后的实际位置误差可能会超出总体设计部门要求的精度范围，因此，必须采取一定的调整措施，使仪器设备的实际安装位置误差调整到规定的范围之内。目前，在卫星装配过程中，星载设备的精确调整主要靠有经验的装配工程师手工完成。根据实际测量值和设计值之间的偏差，装配工程师利用长期积累的经验知识，采取估计试凑的

3、方法来确定调整垫片的厚度，反复尝试调整的次数往往较多，严重影响了卫星的研制进度。数字化装配检验技术的迅速发展为上述问题提供了很好的解决途径。在新型自由操作虚拟平台支持下，针对中国空间技术研究院总装与环境工程部卫星装配生产的实际情况，开展面向大型复杂卫星的装配性能验证、装配工艺规划、装配知识应用、装配质量预测、装配后精确调整等关键技术的研究，开发出适合我国国防企业的虚拟装配系统，实现创新的装配工艺设计和装配操作技术的支持具有十分重要的实际应用价值。卫星精调系统紧密依托卫星虚拟装配系统，-1-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文利用建立的精确调整数学模型，预先在计算机上对精确调整过程进行模拟仿真，根

4、据仿真结果制定出调整方案，为精调人员提供指导，能有效减少调整次数。所以本文紧密结合工程需求，具有较大的实际应用价值和理论意义。1.1国内外研究现状1.1.1虚拟装配技术国内外研究现状从20世纪70年代如何解决装配信息在计算机中表达，并支持产品的设计 过程问题，到80年代初计算机辅助装配工艺规划（CAPP）的出现，再到80年 代末，提出面向装配设计（DesignForAssembly,DFA）概念，出现DFA分析与 评价系统，装配技术在短短的时间里迅速的发展起来。1989年，美国VPL公司 创建人拉尼尔(JaronLanier)正式提出了虚拟现实(VirtualReality,VR)的概念，

5、指出“虚拟现实是综合利用计算机系统和各种特殊软、硬件来产生一种可以替代现实世界的仿真环境，这个环境对用户感官角度来说是真实和可信的”。随着虚拟现实概念的提出，虚拟装配技术作为虚拟现实在工业的典型应用而成为近年 来兴起的重要研究方向之一[1-3]。虚拟装配是在虚拟环境中，利用虚拟现实技术将设计的产品三维模型进行预装配，在满足产品性能与功能的条件下，通过分析、评价、规划、仿真等步 骤改进产品的设计和装配的结构，实现产品的可装配性和经济性[4-8]。我国是从20世纪90年代中后期开始进行虚拟装配方面的探索和研究工作 的，虚拟装配技术的应用研究目前还处于发展阶段，就目前来看，国内的研究 工作主要集

6、中在装配建模、虚拟环境中的人机交互、基于几何约束的装配操作、 装配路径规划、装配过程仿真、基于用户引导的虚拟拆卸、支持虚拟装配的历 史回放、面向DFA的可装配性评价、基于网络平台的协同装配规划等方面。以上 应用均未达到成熟阶段、处于研究开发或部分试用阶段。国内的研究机构不多， 大多数集中在高校里，如清华大学、浙江大学、武汉理工大学、西北工业大学、 哈尔滨工业大学等。清华大学国家CIMS工程技术研究中心对虚拟产品建模方 法、虚拟制造技术等方面进行了研究；浙江大学CAD&CG国家重点实验室是国 内最早开展虚拟装配研究的机构之一，他们基于四屏幕虚拟现实环境CAVE，开展了产品虚拟设计、虚拟装配等

7、方面的研究，在国内处于领先的地位。国家有关航空部门以CATLA为应用平台，较早的开展了数字化预装配技术的研究与应用，并取得了明显成效[9]。由于虚拟装配技术的诱人前景，国外各国尤其是发达国家，也对其给予了高度重视并进行了深入的研究，在美国，已经形成了由政府、产业界、大学组成的多方位、多层次的综合研究开发力量。欧洲许多大学和研究机构通过相互-2-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文间的合作并联合企业进行虚拟制造技术的研究工作，并