周伟,陈建,翟金辉,李蓉,马必达,齐臣坤

• 1:航天晨光股份有限公司
• 2:上海交通大学机械与动力工程学院

摘要(Abstract)：

传统的小型飞行器舱段对接定位与对接方法通常依赖人工操作，需要多名操作人员协同完成对准与对接过程，导致其在对接与装配精度方面存在不足。基于视觉的小型飞行器舱段位姿估计系统在成本效益、数据维度丰富性及测量效率方面表现出显著优势。然而，仅依赖相机实现舱段完整的相对位姿估计仍具有较大挑战，其往往需要额外的辅助测量装置，或仅能获取部分参数。本研究提出了一种面向小型飞行器舱段对接的三维重建与位姿估计方法，将单目结构光相机与机械臂结合，通过点云数据处理、舱段位姿的迭代估计以及六自由度平台位姿求解三个阶段，实现对舱段的全面位姿估计。定义了小型飞行器舱段关键定位特征，使用随机抽样一致(RANSAC)方法提取特征，得到关键定位参数。通过对关键定位参数数学解析得到舱段相对位姿，将舱段间的相对位姿转换为平台的控制输入参数，从而实现对接控制。在真实小型飞行器舱段对接实验中验证了该方法的可行性，结果表明本文方法适用于不同尺寸小型飞行器舱段的对接场景，具有良好的通用性与实用性。

关键词(KeyWords)： 舱段对接;点云处理;位姿估计

Abstract:

Keywords:

基金项目(Foundation):

作者(Author): 周伟,陈建,翟金辉,李蓉,马必达,齐臣坤

DOI: 10.13952/j.cnki.jofmdr.2026.0109

参考文献(References)：

• [1]赵欢,葛东升,罗来臻,等.大型构件自动化柔性对接装配技术综述[J].机械工程学报,2023,59(14):277-297.
• [2]许国康.大型飞机自动化装配技术[J].航空学报,2008(3):734-740.
• [3]MORIN P,SAMSON C,POMETIB,et al.Time-varying feedback stabilization of the attitude of a rigid spacecraft with two controls[J].Systems&Control Letters,2014,25(5):375-385.
• [4]TILLERSON M,INALHAN G,HOW J P.Co-ordination and control of distributed spacecraft systems using convex optimization techniques[J].International Journal of Robust&Nonlinear Control,2016,12:207-242.
• [5]陈冠宇,成群林,张解语,等.基于多传感器测量的航天器舱段自动对接位姿调整方法[J].北京航空航天大学学报,2019,45(6):1232-1239.
• [6]薛连杰,齐臣坤,张彪,等.基于3维点云欧氏聚类和RANSAC边界拟合的目标物体尺寸和方位识别[J].机械设计与研究,2018,34(5):44-48.
• [7]许博潇,齐臣坤.基于三维点云的堆叠箱式物体位姿检测算法研究[J].机械设计与研究,2023,39(4):32-38.
• [8]QIAO Z F,FU K,LIU Z H.An automatic docking method for large-scale sections based on real-time pose measuring and assembly deviation control[J].Optoelectronics Letters,2023,19(11):686-692.
• [9]WANG Z,LIU Z Y,FAN J F,et al.Pose measurement of large cabin based on point cloud in multi-robot assembly[C]∥2020Chinese Automation Congress (CAC),November 06-08,2020,Shanghai,China.IEEE,2020:1091-1096.
• [10]YU H,MA T C,WANG M Q,et al.Feature-based pose optimization method for large component alignment[C]∥2019 4th International Conference on Control,Robotics and Cybernetics(CRC),September 27-30,2019,Tokyo,Japan.IEEE,2019:152-156.
• [11]MA X J,ZHANG J Y,MIAO T C,et al.Measurement approach for the pose of flanges in cabin assemblies through distributed vision[J].Sensors,2024,24(14):4484.
• [12]XU P P,ZHANG L Q,ZHANG M H,et al.A collaborative docking strategy for medium-to-large segments based on the combined field-of-view measurement system[J].Measurement,2025,242:116313.