空间对接单元锁紧装置容差特性模拟系统的开发

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近年来,随着空间技术的发展,可重构卫星相对于传统的卫星展现出了显著的功能优势和经济优势,我国正在加速对其进行研究。锁紧单元作为实现可重构卫星在轨对接的核心部件,其容差能力直接影响对接性能。在对接锁紧过程中,卫星单元难免会存在相对位姿误差,这时如果不进行识别,而直接进行锁紧,就会导致,锁紧装置损坏,进而导致整个锁紧的失败。本课题依托Stewart平台,并搭配实际视觉检测方式,开发了一种在用在空间对接单元即可重构卫星上,验证其锁紧装置容差特性的一种测试平台,完成了Stewart运动学建模、整个系统的方案设计、软件设计,并设计实验验证了该系统验证容差的精度和范围。锁紧装置容差特性:是指锁紧装置能在对接单元有多大位姿误差范围内锁紧,而不破坏的性能。本文以可重构卫星锁紧机构的容差特性为研究对象,进行如下研究:首先,为实现承载卫星并搭载其进行位姿模拟的需求,对Stewart平台进行动力学建模,并采用高斯—牛顿法进行正解,采用几何法进行反解,并对相机标定原理进行了研究,并采用张正友标定法对容差相机进行标定。其次,对视觉系统涉及到的关键算法:霍夫变换、模板匹配、骨架提取、边缘提取进行研究,并测试在本系统开发中的适用性,并在Visual Studio 2017中用c#语言开了平台的运动控制程序和视觉检测程序,并进行可视化设计。再次,设计整个系统,包括:模拟平台的结构方案,并在Motion中验证其是否运动干涉,在有限元分析软件对其进行静力学分析,验证其满足卫星承载能力;设计了视觉检测系统的工装,包含相机布置方式、标志物形状等。对系统开发所需要的关键硬件进行选型,包括:奥普特相机、研华IPC、固高运动控制卡等。最后绘制电气原理图,并完成整个电器系统和机械系统的搭建,并测试各分系统能否实现预定功能。最后,将运动系统与视觉检测系统进行整合,完成整个实验系统。进行容差实验,包括:标志物实验、光强实验、图片预处理实验、位移实验,并将三种方法进行对比,并选用最合的方式进行容差检测,验证了该系统的容差检测能力可以达到0.05 mm和0.05°。
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