卫星自动对接技术研究

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1、新视点。；w。删吲。．卫星自动对接技术研究AutomaticDockingTechnologyofSatellite熊涛北京卫星环境工程研究所高级工程师．主要从事航天器的总装工艺技术工作。随着卫星总装工艺技术的复杂性越来越高，其对功能和性能指标的要求不断提高，先进制造技术在复杂航天器装配中的作用越来越重要。卫星装配是制造过程中的最后一个环节，也是一个重要环节。卫星的装配，通常先分舱段装配，再进行姿态调整和对接。在此装配过程中，传统的对接装配方法需要采用专用的装配工装，用于定位、支撑各个部件，然后通过人工辅助进行对接装配，这种方法对不同产品的适应性差，降低了装配的质量、柔性和效率。采用数

2、字化手段来提高卫星装配设计和制造的效率和质量是先进制造技术的重要发展方向之一。随36航空制造技术·2011年第22期北京卫星环境工程研究所熊涛卫星自动对接技术的实施必将彻底改变目前卫星总装主要依靠工艺人员和操作者实践经验的局面。使得总装过程能够依靠数字化柔性装配对接技术实现精确控制。杜绝卫星总装过程人为因素导致的质量事故。从而极大地改善卫星总装工艺技术水平，提高卫星装配质量，增加总装过程的可靠性。着并联机构研究的日渐成熟，结合多机器人位姿协调控制技术的发展，逐步形成了一种针对大部件对接的数字化柔性装配技术。数字化装配柔性对接技术应用于卫星舱段自动对接过程的技术基础已经成熟，其成功应用将

3、改变卫星现有总装工艺模式，大大提高卫星总装工艺技术水平。卫星对接技术的现状目前，我国卫星舱段对接、分解技术、大型有效载荷安装技术等装配技术仍然依靠工艺人员的工程经验和操作人员的个体技能水平，致装配操作具有不稳定性。上述大型对接过程均采用吊装或移动地面工装的方式来移动对接部件双方，辅以人工观察、手扶，并最终将对接部件双方按定位关系进行对接。转配部件的移动路径在整个定位过程中依靠工艺人员的工程经验进行定性判断，属于边干边看、临时处置的模式指挥吊车进行手工对接或分解，对接分解区域存在许多视线盲区，加之欠缺实时视频监控手段，当配合尺寸比较精确和导向行程较大时，往往发生产品磕碰、擦伤事件，且大多

4、数装配件的最终定位精度也缺乏数字化测量数据的验证，从而导致在卫星研制过程中系统级产品装配质量可靠性低、生产过程安全性差”J。上述分析看来，传统的大型装配件对接装配操作，就定位过程来说，装配件间相对位置缺乏数字化测量手段，位姿调整不可量化，吊车、地面工装的移动精度不高，稳定性不强，关键对接部位可视陛不强，装配件最终定位精度不可量化，同时大量的专用工装也增加了产品的研制成本。因此迫切需要引入数字化柔性装配技术。以波音和空客为代表的现代航空制造企业大力发展数字化装配技术，普遍采用数字化柔性装配工。。型。!。业。Q!。：．．12i．．il!．．皇．装⋯，大大提高了装配质量及其工作效率．减少了成

5、本。数字化装配技术的组成数字化柔性装配系统主要由计算机控制的自动化定位器(机械随动定位装置)、测量系统、控制系统及相应的机械系统组成⋯。柔性对接装配系统通过整合测量技术、协同运动控制技术、运动仿真技术以及装配信息集成管理技术，实现对装配部件的精确定位和运动控制，如图1所示。工作时．由测量系统测试出各传感器在装配坐标系中的坐标值，将坐标值信息发送至数据管理系统，利用相关算法计算出此时对接部件的位姿信息，同时用户可以通过运动仿真系统，对即将进行的装配动作进行仿真。再将该信息作为控制指令发送至控制装置，然后再由控制装置驱动各调姿机构使对接部件达到预定的位置。柔性装配系统组成如图2所示。1柔性

6、工装机械机构柔性装配系统的机械部分一般为能够实现6自由度运动的并联调姿机构。该机构由驱动支链连接装配平台与对接部件，通过各支链的协调运动实现对接平台的不同位姿。2测量技术数字化装配测量技术是实现一定装配精度的重要保障。数字化装配测量系统所要解决的问题是测量对接部件当前所处的确切位置。(1)数据测量。工程上常用iGPS系统作为主要的测量工具。该系统属于非接触式睁制H图1对接系统示意图一叭霉∥鬟数字化检测设备，可以通过设置地标测量点和产品部件上的传感器定位点，将实测数据和实现标定好的测量点数据进行拟合分析计算，建立精确的装配测量场并计算出部件在测量环境下的空间位姿。由于对接部件是运动部件，

7、对部件位姿的测量和计算相对频繁，在技术允许的条件下，可以采用自动测量的方式对部件测量点顺序自动采点，提高装配测量的效率。其数据采集过程为：首先在结构设计时确定装配件上各定位基准点的位置；然后，在系统工作时，由柔性定位工装来支撑和夹持装配件并在各定位基准点上安装iGPS的目标传感器，由iGPS测量系统测量装配件上各传感器的位置，获得定位基准点位置信息。(2)位姿计算。位姿数据用于描述部件在装配坐标系下的空间位置和姿态。部件的空间位姿由3个坐标和3