自動化技術在衛星天線高精度裝配中的運用探討

付佐紅

摘? ?要：近年來，我國的航天器技術水平顯著提升，對配件裝配的精度和效率要求也在不斷增長。目前在汽車、航空等許多領域中已經廣泛采用自動化裝配技術。對于提升我國航天器研制水平，加快先進的數字化、自動化的推進，在航天產品中的應用具有重大意義。目前西方發達國家已經逐步推廣航天產品自動化裝配技術。本文針對衛星天線的自動化裝配技術運用進行探討。

關鍵詞：自動化? 衛星天線? 高精度裝配

我國航天領域發展迅猛，近年來使用的航天器種類越來越多，技術水平不斷提高，對配件的精度要求也有較大提升。現代衛星天線的裝配結構已經不再適合采用傳統的手工方法進行操作，必須使用新型自動化技術予以替代。自動化裝配技術在社會各行業中已得到普遍發展，將其引入衛星天線裝配當中，可以有效提升裝配精度、提高裝配效率。

1? 航天領域中自動化裝配技術的發展現狀

目前在西方發達國家，自動化裝配技術已經逐步應用于航天產品當中。日本宇宙開發事業集團（NASDA）使用空間機器人進行衛星裝配實驗，成功在衛星上裝配了天線。美國國家航空航天局（NASA）近年來不斷嘗試使用工業機器人開展大型航天桿件的裝配工作。我國航天領域中的自動化技術水平仍然較低，我們應當不斷加快相關領域的研究，努力將自動化裝配技術推廣到各類航天產品當中，進一步提升我國航天產品的裝配精度和效率。

2? 衛星天線的裝配要求

衛星天線是衛星與地球進行無線通信的基本設施，對于衛星的正常運轉具有不可替代的重要作用。衛星天線的構型多種多樣，其中固面天線的結構較為簡單、穩定性強，可以滿足較高的精度要求。

固面天線的裝配要求主要包括焦點和對稱面角度兩個指標。由于固面反射器的曲面一般符合拋物面或橢球面方程，通過方程參數可以得到焦點坐標。通常而言，焦點坐標的精度應當控制在±0.2mm的范圍內。通過固面反射器的型面方程，還可以得到特定的角度對稱面。通常情況下，角度對稱面的精度應當控制在±0.03°的范圍內。

由于固面天線的焦點和角度對稱面處于空間虛擬位置當中，不易直接測量，因此在裝配時不但存在沿X、Y、Z三個坐標軸方向的移動自由度，還需增加繞坐標軸旋轉的轉動自由度，從而導致裝配天線時存在4個甚至6個自由度，大大提升了裝配難度。傳統的手工裝配方法難度極高，不易學習掌握，亟需開發自動化裝配技術進行替代。

3? 自動化衛星天線裝配系統的構建方法

與汽車、航空等行業相比，衛星天線的精度要求更高，因此自動化衛星天線裝配系統的構建重點在于盡可能提升精度，而不是縮短操作時間。為了提升裝配精度，應當更加強調系統中測量裝置的重要性。此外，在汽車等行業當中，往往采用固定的裝配程序進行批量化、規模化生產，然而在航天領域當中，同類產品的數量很少，為了適應實際裝配需求，必須不斷對程序進行修改和調試。

3.1 執行系統的構建

執行系統中需要配備精度足夠高的運動機構，精確控制衛星天線裝配時的6個自由度，從而準確抓取到相關產品以進行位置調整。目前，在構建執行系統時普遍采用工業機器人進行操作，以完成靈活、多樣化的裝配任務。對于不同種類的產品，還要在工業機器人上配備相應的末端執行器。

3.2 測量系統的構建

在構建測量系統時，應當選用全自動化的測量裝置，以便快速對產品進行精確測量。在航天領域中，通常采用iGPS系統進行大范圍內的參數測量，同時采用激光跟蹤儀進行較小范圍內的動態參數測量。由于衛星天線的空間范圍較小，因此適合采用激光跟蹤儀構建測量系統。

3.3 布局系統的構建

在系統工作過程中，不同的設備和產品不斷進行運動，有可能造成位置干涉等安全隱患，或產生測量設備遮光問題。因此，設計人員應當對整個系統中的所有設備和產品進行合理的布局規劃，確保產品可以順利通過所有設備，工業機器人也能夠自由移動到需要進行操作的位置。

3.4 中央控制系統的構建

中央控制系統是整個自動化裝配系統中的核心組成部分，需要使用到自動調姿控制、坐標系建立與轉換、測量數據評估、軟件開發等多種不同技術。

自動調姿控制需要使用精確的測量技術，并根據適當的算法檢測出當前產品部件的位置和姿態，然后對執行系統發出命令，向其給出抓取該部件的初始位置、姿態和目標位置、姿態。執行完成后，再次對產品部件進行測量，若仍然存在較大誤差，則重新命令執行系統進行調整。經過多次操作和測量后，最終使得部件的位置精度滿足裝配需求。

在裝配過程中，還需要在整個裝配設備中建立精確的坐標系。以測定裝配平臺、產品部件、機器人的具體位置，從而準確完成裝配任務。在不同設備的坐標系之間，還要建立自動變換和校正程序，以免造成誤差。

在進行測量時，由于設備故障或外界環境因素干擾等原因，有可能造成測量精度下降，甚至超過誤差上限。因此，在系統中還需設計測量數據評估程序，對測量結果的可靠性進行判斷，對于誤差較大的測量結果，還應當找出其發生原因，以便工作人員及時排除故障，讓測量設備盡快恢復正常運轉。

中央控制系統還需要開發一套自動化控制軟件，集成系統中的數據處理、數據分析、機器人控制和裝配操作等各項功能。

系統建立完成后，即可對衛星反射器位置進行精準測量，然后將其位置和姿態信息傳輸到中央控制系統當中，再通過系統算法生成操作指令，并傳輸至執行系統，控制工業機器人進行調整操作。通過多次操作和測量之后，最終將衛星天線的位置控制在誤差范圍內，實現自動化高精度裝配的目標。

4? 結語

通過建立自動化衛星天線裝配系統，可以極大地提高衛星天線裝配的精度和效率，通過測量系統、執行系統和中央控制系統之間的協調控制，對產品位置進行反復校正，最終滿足產品的高精度要求。

參考文獻

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