一种基于近似矩阵的火箭级段位姿纠偏方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于近似矩阵的火箭级段位姿纠偏方法及装置。该方法包括：将火箭级段在空间坐标系的旋转矩阵和平移矩阵叠加以获得空间坐标转换矩阵；通过测试矩阵计算出火箭级段的测试数据；利用近似矩阵纠偏方法进行测试数据与理论数据的纠偏，并计算纠偏误差，使得纠偏误差在设定阈值以内，验证所提出纠偏方法的准确性；然后根据火箭级段实际测量数据和理论数据，利用所提出纠偏方法进行纠偏并获得纠偏后点坐标。本发明专利技术通过实测火箭级段测量值与其理论值的精确纠偏，完成实测级段位姿的纠偏，进而实现火箭级段的自动对接，将有效提高火箭级段装配的精度、稳定性和自动化水平。

【技术实现步骤摘要】
一种基于近似矩阵的火箭级段位姿纠偏方法及装置
本专利技术涉及火箭装配
的一种位姿纠偏方法，尤其涉及一种基于近似矩阵的火箭级段位姿纠偏方法，还涉及一种基于近似矩阵的火箭级段位姿纠偏装置。
技术介绍
在航天航空制造业中，飞机和火箭等物体由于尺寸非常大，通常采用分段制造，整体装配的制造方法。相对于飞机装配来说，火箭的特征比较明显，其主体主要是由一些圆柱形的部段(通常称之为“级段”)组成。大型运载火箭属于空间大尺寸物件，其加工制造精度很大程度影响火箭的最终装配精度，但是实践证明，火箭等这类物体的最终质量，很难或者不可能通过提高制造准确度来提高装配精度，有效可行的方法是通过改善和优化装配方法。但由于其直径往往比较大，如我国新一代运载火箭长征-5(CZ-5)的芯级直径约为5m，因此火箭级段对接和装配是很复杂的。现阶段总装过程中，人工对接装配精度不高而且效率低下，实现起来也很困难，很难保证装配的效率和质量。
技术实现思路
为解决现有的火箭级段位姿纠偏方法存在测量精度低的技术问题，本专利技术提供一种基于近似矩阵的火箭级段位姿纠偏方法及本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于近似矩阵的火箭级段位姿纠偏方法，其特征在于，其包括以下步骤：/n(1)将火箭级段在空间坐标系的旋转矩阵和平移矩阵叠加以获得空间坐标转换矩阵；/n(2)先输入所述空间坐标系中三维坐标轴的旋转参数和平移参数至所述空间坐标转换矩阵中以得到不同的多个旋转矩阵以分别作为多个测试矩阵，再利用所述火箭级段的理论数据，通过所述测试矩阵计算出所述火箭级段的测试数据，所述测试数据包括多个纠偏前测量点坐标；/n(3)将所述理论数据与所述测试数据进行近似矩阵位姿纠偏，且近似矩阵纠偏方法包括以下步骤：/n(3.1)根据所述火箭级段在三维坐标轴的旋转误差近似为零所存在的近似等式，将所述空间坐标转换矩阵转换为近...

【技术特征摘要】
1.一种基于近似矩阵的火箭级段位姿纠偏方法，其特征在于，其包括以下步骤：
(1)将火箭级段在空间坐标系的旋转矩阵和平移矩阵叠加以获得空间坐标转换矩阵；
(2)先输入所述空间坐标系中三维坐标轴的旋转参数和平移参数至所述空间坐标转换矩阵中以得到不同的多个旋转矩阵以分别作为多个测试矩阵，再利用所述火箭级段的理论数据，通过所述测试矩阵计算出所述火箭级段的测试数据，所述测试数据包括多个纠偏前测量点坐标；
(3)将所述理论数据与所述测试数据进行近似矩阵位姿纠偏，且近似矩阵纠偏方法包括以下步骤：
(3.1)根据所述火箭级段在三维坐标轴的旋转误差近似为零所存在的近似等式，将所述空间坐标转换矩阵转换为近似矩阵；
(3.2)先确定所述近似矩阵的贴合精度表示公式，再对所述贴合精度表示公式进行矩阵变换处理以确定迭代变量，最后将所述迭代变量代入贴合精度表示公式的展开式以计算出目标函数；
(3.3)判断所述目标函数是否小于所述贴合精度；
在所述目标函数不小于所述贴合精度时，判断迭代次数是否大于一个预设的最大迭代次数；
在所述目标函数小于所述贴合精度或所述迭代次数大于所述最大迭代次数时，输出所述贴合精度以及相应的纠偏变量；
在所述不小于所述贴合精度且所述迭代次数不大于所述最大迭代次数时，返回执行步骤(3.2)并增加所述迭代次数的次数；
(4)先根据所述纠偏变量计算所述空间坐标转换矩阵以获得纠偏矩阵，再根据待纠偏点坐标以及所述纠偏矩阵，计算出纠偏后的点坐标。


2.如权利要求1所述的基于近似矩阵的火箭级段位姿纠偏方法，其特征在于，对所述贴合精度表示公式的变换处理方法包括以下步骤：
对所述贴合精度表示公式按照测量点坐标和理论点坐标进行展开以获得展开式；
对所述展开式中的三轴的旋转量和平移量进行求偏导数，以获得三轴旋转量的偏导数公式以及三轴平移量的偏导数公式；
对所有偏导数归零以获得三轴旋转量的函数公式和三轴平移量的函数公式，并将所有偏导数公式改写成包含第一矩阵、第二矩阵以及所述迭代变量的矩阵形式一；
先计算点集中心坐标，再对所述三轴平移量的函数公式进行求解，并将求解结果代入至所述三轴旋转量的函数公式，以获得只包含旋转变量的方程组，最后改成包含第三矩阵、第四矩阵以及各个旋转变量的矩阵形式二；
将所述矩阵形式二代入所述三轴平移量的求解公式中以求解出各个平移量，并获得所述迭代变量。


3.如权利要求2所述的基于近似矩阵的火箭级段位姿纠偏方法，其特征在于，所述空间坐标转换矩阵的计算公式为：
T＝Tr+Ts
式中，T表示所述空间坐标转换矩阵；Ts表示所述平移矩阵，Ts＝(m，n，k)T，m、n、k分别表示所述三维坐标轴的三轴各自的平移量；Tr表示所述旋转矩阵，Tr＝ΓZΓYΓX，ΓZ、ΓY、ΓX分别表示所述三维坐标轴的三个单轴旋转矩阵；
其中，
式中，α，β，γ分别为x，y，z轴的旋转量。


4.如权利要求2所述的基于近似矩阵的火箭级段位姿纠偏方法，其特征在于，所述空间坐标转换矩阵的计算公式为：



式中，T表示所述空间坐标转换矩阵，α、β、γ分别表示所述三维坐标轴的三轴各自的旋转量；m、n、k分别表示所述三维坐标轴的三轴各自的平移量。


5.如权利要求4所述的基于近似矩阵的火箭级段位姿纠偏方法，其特征在于，定义所述三维坐标轴的旋转误差分别为δα、δβ、δγ，所述近似等式为：
sinδi≈δi，cosδi≈1，i＝α，β，γ
所述近似矩阵为：



所述贴合精度表示公式为：
F(δ)＝∑Δ2(δα，δβ，δγ，δm，δn，δk)
所述展开式为：
F(δ)＝Σ[(xi-yi*γ+zi*β+m-Xi)2+(xi*γ+yi-zi*α+n-Yi)2+(-xi*β+yi*α+zi+k-zi)2]
其中，(xi，yi，zi)为测量点坐标，(Xi，Yi，Zi)为理论点坐标。


6.如权利要求5所述的基于近似矩阵的火箭级段位姿纠偏方法，其特征在于，所述三轴旋转量的偏导数公式以及所述三轴平移量的偏导数公式分别为：



所述三轴旋转量的函数公式和三轴平移量的函数公式分别为：



所述第一矩阵A为：<...

【专利技术属性】
技术研发人员：周丽华，方素平，吴帆，丁康康，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34