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火箭推进剂连接器在脉动风载下非合作自动对接策略研究

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北京航空航天大学学报 2023年

作者：李泳峄王南吴新跃吴鹏辉姚博丹北京航天发射技术研究所

为解决运载火箭推进剂连接器在脉动风载激励干扰下与箭上接口的动态非合作自动对接问题，提高自动对接系统鲁棒性及响应速度，本文首先分析了连接器自动对接任务剖面，制定了由检测、控制、位姿调整单元等组成的技术路线；其次分析了脐... 详细信息

为解决运载火箭推进剂连接器在脉动风载激励干扰下与箭上接口的动态非合作自动对接问题，提高自动对接系统鲁棒性及响应速度，本文首先分析了连接器自动对接任务剖面，制定了由检测、控制、位姿调整单元等组成的技术路线；其次分析了脐带臂风载激励响应特性，获得了平均风速10 m/s、15 m/s、20 m/s脉动风载激励下脐带臂的摆动情况；最后通过自动对接仿真模型开展了常规PID、PID+干扰观测器、分段PID+干扰观测器控制策略仿真对比分析，搭建了自动对接联合试验系统，进行了控制策略验证，成功完成了自动对接全流程试验。结果表明：分段PID+干扰观测器控制策略能有效降低脉动风载激励下脐带臂摆动对自动对接的干扰影响，跟踪性能改善效果明显，对接可靠，各工况下对接跟踪误差均在±38 mm以内，完成对接时间不超过3 min。

关键词：自动对接非合作连接器对接策略运载火箭

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基于机器视觉的自动对接系统研究与设计

基于机器视觉的自动对接系统研究与设计

作者：张忠鑫太原科技大学

学位级别：硕士

随着我国对传统企业技术改造的升级,基于人工智能的机器视觉技术和工厂智能化技术成为人们关注的热点。机器视觉技术具有非接触、高灵敏度、高适应性的优点,它可以满足不同工业环境下的生产需求。本文以某镁业集团实际项目为应用背景,... 详细信息

随着我国对传统企业技术改造的升级,基于人工智能的机器视觉技术和工厂智能化技术成为人们关注的热点。机器视觉技术具有非接触、高灵敏度、高适应性的优点,它可以满足不同工业环境下的生产需求。本文以某镁业集团实际项目为应用背景,以自动喂料过程中导向筒与还原罐口自动对接问题为目标,研究并设计了基于机器视觉的自动对接系统。针对该应用场景,本文将目标检测与机器视觉引导系统相结合,综合考虑了对准精度、时间约束、对接成功率等因素,研究了基于机器视觉的目标检测与定位方法,最终实现了金属镁喂料车与还原罐口的精确自动对接。主要工作如下:首先,对系统进行了总体架构设计。根据项目自动对接还原罐中目标识别和定位部分的实际需求,给出了系统的总体架构方案。该方案以调度软件为核心,设计了各子系统功能模块以及各子系统之间的交互方式和通信接口。其次,对目标检测和定位方法进行了研究。依据应用场景,将自动对接过程分为粗定位和精定位两部分。针对粗定位,给出了基于RFID技术的粗定位方案,通过读卡器读取电子标签信息,再经过粗定位算法,引导喂料车到达指定目标位置,从而实现粗定位。针对精定位,研究了基于深度学习的目标检测与定位技术,采用YOLOv3-Tiny实现了还原罐口的目标检测与定位。实际测试结果表明,YOLOv3-Tiny具有精度高、实时性好的特点,可以满足还原罐口的检测与定位需求。第三,不同于通过相机模型和目标边缘提取来计算中心点空间坐标的方法,本文给出了通过离线阶段预训练的方式来标定目标中心点坐标,从而求取相机平面中对接中心点的坐标;针对还原罐口不在一个平面的问题,创新性地提出了中心点坐标校正的方法,进一步提高了对接成功率。最后,对系统进行了实现和测试。结果表明,在全自动运行模式下,对接成功率在90%以上,可满足工业生产需要。

关键词：机器视觉自动对接 YOLOv3-Tiny 金属镁喂料车

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船用装卸臂自动对接设计

船海工程 2022年第2期51卷 77-80,85页

作者：李萌中海油能源发展股份有限公司采油服务分公司天津300452

针对目前船用装卸臂对接过程需要4人手动操作,劳动强度大,对接效率低等问题,开发一种以西门子400 PLC为控制核心,由视觉识别、智能算法组成的自动对接系统,通过对船用装卸臂进行运动学分析,设计自动对接控制策略,采用模型设计开发流程,... 详细信息

针对目前船用装卸臂对接过程需要4人手动操作,劳动强度大,对接效率低等问题,开发一种以西门子400 PLC为控制核心,由视觉识别、智能算法组成的自动对接系统,通过对船用装卸臂进行运动学分析,设计自动对接控制策略,采用模型设计开发流程,实现船用装卸臂自动对接。

关键词：船用装卸臂 PLC 自动对接

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导弹舱段自动对接系统设计

组合机床与自动化加工技术 2022年第2期 103-106页

作者：刘赛华晋严尊汤辉中国空空导弹研究院洛阳471009

针对导弹舱段自动化对接过程中,存在舱段尺寸小且质量大、对接面特征复杂等问题,提出了一种导弹舱段自动对接技术思路以及工程实现方法。基于6自由度并联平台和位姿测量系统,设计了一套用于实现舱段自动对接的机械系统,并进行了工程验... 详细信息

针对导弹舱段自动化对接过程中,存在舱段尺寸小且质量大、对接面特征复杂等问题,提出了一种导弹舱段自动对接技术思路以及工程实现方法。基于6自由度并联平台和位姿测量系统,设计了一套用于实现舱段自动对接的机械系统,并进行了工程验证。研究结果表明,该系统可实现空空导弹舱段的自动化精准对接,提高导弹总装生产线的整体技术水平。

关键词：导弹舱段自动对接 Stewart平台位姿调整

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基于双目视觉的空间机构自动对接技术研究

基于双目视觉的空间机构自动对接技术研究

作者：王樟平南京航空航天大学

学位级别：硕士

自动对接技术在大型零部件的对接和装配环节发挥着重要作用。常用的位姿检测设备使用场景受限,运动执行机构通用性差,自动对接系统无法满足移动作业需求。针对以上问题,本文基于双目相机和六自由度并联机构搭建了一套可移动作业的自动... 详细信息

自动对接技术在大型零部件的对接和装配环节发挥着重要作用。常用的位姿检测设备使用场景受限,运动执行机构通用性差,自动对接系统无法满足移动作业需求。针对以上问题,本文基于双目相机和六自由度并联机构搭建了一套可移动作业的自动对接系统。通过合理的硬件布局将系统结构划分为主动对接机构和被动对接机构,作为移动对接作业前提。采用基于ROS的高效外设管理技术开发控制系统,设计传感器驱动方案,提出了完善的系统异常处理机制。基于图像灰度开发特征提取算法,提出了对目标特征的动态跟踪方法,通过图像稀疏方法和增量计算策略提高图像处理效率,实验验证动态跟踪方法极大地提高了特征提取的准确率。采用基于图像的视觉伺服技术实现对目标特征的动态跟踪,基于双目相机的深度感知功能选择视觉伺服控制方程,提出了存在外界干扰时的视觉伺服终止判定条件,通过坐标变换方法实现双目相机伺服控制速度到并联机构伺服控制速度的转换,基于积分思想将并联机构的速度控制量转换为位置迭代控制量。通过实验验证了自动对接系统在低成本、高通用性的前提下,能满足移动对接作业需求。

关键词：自动对接双目视觉特征提取视觉伺服并联机构坐标变换

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航天器舱段自动对接关键技术研究

航天器舱段自动对接关键技术研究

作者：王盈丹哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

航天器舱段对接是完成航天器总装、测试及实验的重要工序,因此在技术方面有着严格的要求,目前国内的舱段对接主要采用传统的手工方式,这种装配模式存在工作效率不高、测量精度低等缺点。针对目前手工对接的一系列问题,本文设计了航天器... 详细信息

航天器舱段对接是完成航天器总装、测试及实验的重要工序,因此在技术方面有着严格的要求,目前国内的舱段对接主要采用传统的手工方式,这种装配模式存在工作效率不高、测量精度低等缺点。针对目前手工对接的一系列问题,本文设计了航天器舱段自动对接方案,并对自动对接中的关键技术进行了分析研究,旨在提高舱段对接过程中各环节的精度,从而提高最终的对接精度,主要研究内容及工作如下:(1)设计了舱段自动对接方案,选用了适合本次对接测试需求的位姿测量装置和调姿机构,针对舱段测量系统的位姿解算过程提出一种优化方法,位姿解算的实质是三维空间坐标转换,因此本文提出基于加权整体最小二乘法的坐标转换方法,并通过仿真实验验证该优化方法相对于传统方法,能够提高三维坐标转换的精度,进而提高舱段位姿解算精度。(2)针对舱段对接控制系统分别完成了调姿轨迹设计和调姿参数解算。结合并联六自由度平台仿真模型设计了共六个自由度的调姿方向,在轨迹设计完后,对舱段调姿参数解算方法进行了研究,并通过软件编写四元数算法,结合仿真软件实现了基于四元数法的位置反解过程,完成了调姿参数解算。(3)针对舱段位姿调整方法进行优化分析。建立激光跟踪仪转站参数误差补偿模型,通过仿真误差验证补偿模型能够提高转站测量精度。另外在研究特征点布局方式中,针对不同的布局方式,建立转站误差函数,并从中分离出可量化的转站参数精度指标,选择最优化的布局方式,提高转站精度。(4)结合上述研究完成最后的舱段对接仿真。利用VS软件和UG软件建立仿真平台,完成舱段对接仿真模拟,并利用蒙特卡洛仿真对舱段对接结果进行不确定度分析,通过大量仿真数据验证舱段对接精度满足实际对接需求。

关键词：自动对接坐标转换位置反解激光跟踪仪转站

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基于视觉测量的智能轮椅床自动对接

仪器仪表学报 2019年第4期40卷 189-197页

作者：李秀智梁兴楠贾松敏李明爱北京工业大学信息学部北京100124 数字社区教育部工程研究中心北京100124

为了提高智能轮椅床系统对接的自主性,提出了一种基于视觉测量的自动对接架构。轮椅床对接过程分为远程导引阶段和近程对接阶段。在远程导引阶段,室内天花板视觉系统采集并识别轮椅上的新型人工标志,利用卡尔曼滤波(KF)的跟踪检测路标特... 详细信息

为了提高智能轮椅床系统对接的自主性,提出了一种基于视觉测量的自动对接架构。轮椅床对接过程分为远程导引阶段和近程对接阶段。在远程导引阶段,室内天花板视觉系统采集并识别轮椅上的新型人工标志,利用卡尔曼滤波(KF)的跟踪检测路标特征,继而采用P3P的视觉定位方法确定路标与相机的相对位姿,根据轮椅坐标系与远程阶段的世界坐标系的变换关系确定轮椅的姿态。在近程对接阶段,车载单目视觉系统采集对接目标的引导标志,利用引导标志的角点估计轮椅与床的相对位姿,最后根据实时的视觉反馈实现床椅的自动对接。多次实验结果表明所提出的视觉对接方法具有可行性和有效性。

关键词：智能轮椅床系统人工路标视觉定位自动对接路标跟踪

用6-RUS型并联机构实现海上补给自动对接的关键技术

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机器人 2011年第1期33卷 28-34页

作者：于影孟庆鑫王立权殷宝麟王磊哈尔滨工程大学机电工程学院黑龙江哈尔滨150001 佳木斯大学机械工程学院黑龙江佳木斯154007

提出了用6-RUS型并联机构来实时调整对接喇叭口的位姿状态以实现海上补给中的自动对接.首先,对该机构支链的相对位置关系及约束进行了讨论,建立了该机构的逆运动学模型;其次,对该机构支链的受力情况进行了理论分析,基于凯恩方程建立了... 详细信息

提出了用6-RUS型并联机构来实时调整对接喇叭口的位姿状态以实现海上补给中的自动对接.首先,对该机构支链的相对位置关系及约束进行了讨论,建立了该机构的逆运动学模型;其次,对该机构支链的受力情况进行了理论分析,基于凯恩方程建立了该机构的逆动力学模型;最后,对该机构在运动过程中电机输出转角及输出扭矩进行了数值仿真.仿真结果表明,理论模型可以很好地预测各电机的输出转角及输出扭矩,为海上补给中实现自动对接提供了理论依据.

关键词：并联机构自动对接逆运动学逆动力学数值仿真

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运载火箭气液组合连接器动态自动对接技术

北京航空航天大学学报 2021年第9期47卷 1774-1779页

作者：李泳峄吴新跃李道平张国栋肖士利北京航天发射技术研究所北京100076 北京宇航系统工程研究所北京100076

为实现未来重型运载火箭地面组合连接器与箭上接口的自动对接,提高发射准备流程安全性、可靠性,降低人员保障要求,开展了组合连接器自动对接的技术研究及总体策略分析,提出了由检测、智能控制、位姿调整系统组成的技术方案及非接触式检... 详细信息

为实现未来重型运载火箭地面组合连接器与箭上接口的自动对接,提高发射准备流程安全性、可靠性,降低人员保障要求,开展了组合连接器自动对接的技术研究及总体策略分析,提出了由检测、智能控制、位姿调整系统组成的技术方案及非接触式检测+主动位姿调整+被动随动的自动对接策略,并开展了组合连接器自动对接试验系统研制,进行了组合连接器自动对接、低温加注、自动分离等全流程试验验证工作。结果表明:自动对接装置检测、智能控制、位姿调整等各项功能正常,自动对接策略准确、可行,解决了大载荷组合连接器在箭上接口大范围、高速运动条件下的自动对接难题,综合跟踪范围达±600 mm,综合跟踪速度达500 mm/s,各综合工况下完成自动对接时间约为3~5 min。

关键词：自动对接组合连接器对接策略动态跟踪运载火箭