[发明专利]一种基于联合标定的空间位姿实时测调方法

说明书

一种基于联合标定的空间位姿实时测调方法，用于空间多自由度展开机构空间相对位姿的调试，通过联合标定、基准转移、实时测量，可极大提高空间展开机构空间六自由度位姿的调试效率。本方法首先将被测对象的坐标系和立方镜坐标系进行“三坐标+经纬仪”联合标定，通过基准转换，将不易被观测的产品坐标系转换至易观测的立方镜上；再通过多台经纬仪构建联合测量系统，在线实时准直立方镜十字刻线；并通过已经预置的经纬仪理论位姿参数，实时获得立方镜实际位姿六个变量与理论位姿六个变量之间的偏差，从而精确指导空间展开机构的六自由度位姿调试过程。

技术领域

本发明涉及空间展开机构产品的装调，具体涉及一种用于空间展开机构六自由度空间位姿的测量及调试方法，属于卫星结构与机构分系统精密测量与装配技术领域。

背景技术

随着航天技术的快速发展，空间机械臂、大型可展开天线等空间多自由度展开机构产品正在航天器上得到越来越广泛的应用。例如空间机械臂是深入开展载人航天活动必不可少的工具，它在空间站系统中承担着舱段捕获与转移、仪器设备转移与安装、辅助航天员作业等功能，安装在空间站外壁上，用于按照任务管理系统发出的指令完成相应的动作和任务。再如某天线展开臂是大口径环形天线与卫星平台之间的连接部件，在空间环境中该展开臂需带动环形天线伸展到指定位置，并保持环形天线的指向精度，同时隔离卫星和环形天线间的相互扰动。

空间多自由度展开机构通常具有尺寸大、精度高、展开轨迹复杂的特点，它们的作用是按照既定要求展开至空间指定位置，因此对空间多自由度展开机构末端的指向精度有较高要求，在地面装配阶段需要实现其空间六个自由度的高精度调节。

空间展开机构的指向精度通常用三个位移(X、Y、Z)、三个角度(RX、RY、RZ)的坐标转换矩阵进行表示。而这六个变量是相互耦合的，一个变量的改变可能引起所有量的变化。因此，如何精确控制每个变量的调节顺序和大小，是空间多自由度展开机构装配精度调节的一大难点。同时，由于空间展开机构的外形结构比较复杂，被观测的机械坐标系往往会被遮挡或覆盖，而且存在小基准测量大尺寸问题，导致测调效率低、精度差。此外，在空间展开机构的装配与测试中，采用“测量-调整-测量”的事后评价的检测方法：通过测量，解算装配组件实际位置及姿态；通过分析，计算出组件待调整方向及调整量，采取相应措施；接着再测量，再分析，再调整。。。，逐步逼近理想状态，直至满足要求，因此测量和调整操作完全分离，调整操作的不可控性，导致实际装配过程中，特别是在接近理想状态时，实际状态在理想值附近往复波动，反复调整次数多，现有测调方法对操作过程的指导性差，装配效率低。

发明内容

本发明的目的是：为了克服现有技术的不足，提出的一种基于联合标定的空间位姿实时测调方法，能够实现空间多自由度展开机构的六自由度高精度测量及精确调节，可显著提高空间多自由展开机构空间位姿的装配效率，提升航天器空间展开机构产品的装调技术水平。

本发明的技术解决方案是：

一种基于联合标定的的空间位姿实时测调方法，步骤如下：

(1)在待测调空间展开机构的零件A上安装十字立方镜L1，在待测调空间展开机构的零件B上安装十字立方镜L2；

(2)将三坐标测量仪和经纬仪分别采集同一公共点数据，使两种测量设备统一到同一个测量坐标系下；

(3)用三坐标测量仪在所述测量坐标系下对零件A的基准坐标系O1和立方镜L1坐标系进行标定，获得基准坐标系O1相对于立方镜L1坐标系的坐标转换关系W1，用三坐标测量仪对零件B的基准坐标系O2和立方镜L2坐标系进行标定，获得基准坐标系O2相对于立方镜L2坐标系的坐标转换关系W2；

(4)根据基准坐标系O2相对于基准坐标系O1的理论坐标转换关系W0以及步骤(3)中得到的坐标转换关系W1和W2，计算获得立方镜L2坐标系相对于立方镜L1坐标系的理论坐标转换关系W0’；