随着我国航空航天领域的飞速发展,各种航空装备的应用越来越广泛。大型航空航天设备往往由多个部件段对接集成,而且质量及尺寸较大,对装配过程安全、集成精度有较高的要求,因此对接工艺与装备技术水平决定航天器装配质量、安全和效率的核心。为了实现大型舱段的自主对接,提高装配精度、生产安全和效率,本文提出并设计了自主对接操控与检测系统,并对装配过程中的关建技术进行系统深入研究。针对大型舱段装配过程中的相对位置检测和自主对接需求,提出并搭建了自主对接系统,包括双目相机、六自由度机械臂、六维力传感器和十字形轴-孔对位器,并制定了新的舱段自主对接工艺流程:基于双目视觉技术完成十字孔位姿初定位、机械臂运动对接插孔;基于力反馈技术检测两单元车之间相对位姿;基于单元车之间的精确定位位姿对单元车进行位姿调整,并循环检测和调姿过程,完成舱段对接。通过双目视觉传感器测量、图像处理得到十字孔区域特征;基于双目视觉三维重建原理得到十字孔坐标系的初步定位位姿;在此基础上,对机械臂进行插值轨迹规划,控制机械臂运动、接近目标位姿并对初定位过程进行仿真验证。分析十字形轴孔在装配过程中的不同接触状态与六维力关系;基于BP神经网络建立六维力与轴孔相对误差之间关系的数学模型,确定神经网络中的相关参数和训练数据、进行网络模型训练及结果验证。利用机械臂主动运动完成十字型轴-孔装配及末端位姿检测,通过矩阵变换确定对接舱段之间的相对位姿并对十字形轴孔的装配过程进行仿真验证。基于单元车之间位姿和精确定位要求,利用并联单元车对两舱段进行调姿对接即端面平行且轴线共线。采用被动机械臂、跟随调姿过程、检测舱段之间的定位位姿、计算舱段待调位姿量,并根据相对差值再次规划单元车的调姿轨迹,分步进行姿态调整、位置调整;利用计算机械臂随动过程中的关节角变化,基于牛顿-欧拉法对机械臂进行动力学分析、实现机械臂的力矩控制。最后对单元车调姿过程进行仿真验证。