彭高亮，薛 淵，劉世偉

(哈爾濱工業(yè)大學(xué) 機(jī)器人技術(shù)與系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 哈爾濱 150001)

0 引 言

雷達(dá)被喻為 “國(guó)防千里眼”，是實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)場(chǎng)感知和遠(yuǎn)距離精確打擊的必要手段，在預(yù)警、掃描、警戒、火控等多方面有著重要應(yīng)用，直接影響到現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的制信息權(quán)，已成為現(xiàn)代電子戰(zhàn)和信息戰(zhàn)的核心裝備。隨著反隱形飛機(jī)、反導(dǎo)防御等武器裝備發(fā)展需求的牽引，現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)武器裝備的機(jī)動(dòng)性能和快速反應(yīng)能力提出了越來越高的要求，地面雷達(dá)也正朝著陣面大型化、單元密集化、高機(jī)動(dòng)性和高可靠性的趨勢(shì)發(fā)展。美、俄、法等國(guó)均已把大型雷達(dá)列入國(guó)防關(guān)鍵技術(shù)。我國(guó)目前研制的新一代大型預(yù)警雷達(dá)很多性能指標(biāo)國(guó)際領(lǐng)先，圖1(a)所示為某型機(jī)動(dòng)式預(yù)警相控陣?yán)走_(dá)，憑借其大型天線陣面，具備探測(cè)目標(biāo)類型多樣、反隱身能力強(qiáng)、分辨率高、掃描范圍大、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)；圖1(b)所示為某型對(duì)空警戒雷達(dá)，是一種全新米波段三坐標(biāo)對(duì)空監(jiān)視雷達(dá)，具備很高的測(cè)量精度和反隱探測(cè)能力。

(a) 某型機(jī)動(dòng)式預(yù)警相控陣?yán)走_(dá)

(b) 某型對(duì)空警戒雷達(dá)

地面雷達(dá)的機(jī)動(dòng)性主要體現(xiàn)在雷達(dá)天線架設(shè)和撤收的快速性以及良好的機(jī)動(dòng)性能，它是有效掌握戰(zhàn)爭(zhēng)主動(dòng)權(quán)，使得雷達(dá)免遭敵方的攻擊和殺傷，并充分發(fā)揮作戰(zhàn)效能的保障。為滿足運(yùn)輸需求，需要首先對(duì)大型雷達(dá)進(jìn)行分塊或折疊處理，待進(jìn)入陣地后再進(jìn)行組裝，在完成任務(wù)后進(jìn)行撤收分解并轉(zhuǎn)移。大型雷達(dá)天線通常尺寸超過100 m2，重達(dá)幾十噸甚至上百噸。如何實(shí)現(xiàn)大型雷達(dá)的快速部署，是適應(yīng)當(dāng)前高機(jī)動(dòng)作戰(zhàn)需求的保障。

由于技術(shù)的封鎖，關(guān)于國(guó)外大型雷達(dá)自動(dòng)對(duì)接領(lǐng)域的原理技術(shù)尚未找到相關(guān)文獻(xiàn)佐證，而國(guó)內(nèi)在大型雷達(dá)自動(dòng)對(duì)接方面技術(shù)積累較少。因而，借鑒空間對(duì)接和飛機(jī)裝配等領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的大部件自動(dòng)對(duì)接關(guān)鍵技術(shù)，將其移植應(yīng)用于大型雷達(dá)自動(dòng)對(duì)接中，能夠?yàn)榻鉀Q這一關(guān)鍵問題提供有效思路和解決方案。本文根據(jù)大型雷達(dá)自動(dòng)對(duì)接的流程和難題，提煉對(duì)接過程中的關(guān)鍵技術(shù)，并對(duì)相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析，總結(jié)展望今后雷達(dá)天線自動(dòng)對(duì)接技術(shù)的趨勢(shì)和啟示。

1 雷達(dá)天線自動(dòng)對(duì)接特點(diǎn)

目前我國(guó)大型機(jī)動(dòng)雷達(dá)天線組裝過程主要采用吊車吊裝、人工輔助對(duì)接的方式，安裝效率低、精度和質(zhì)量難以保證，已不能滿足現(xiàn)代雷達(dá)高機(jī)動(dòng)、高精度、高作戰(zhàn)效能等要求。分塊天線自動(dòng)對(duì)接過程成為制約雷達(dá)機(jī)動(dòng)性能的重要因素。鑒于國(guó)外技術(shù)的封鎖，在國(guó)內(nèi)雷達(dá)自動(dòng)對(duì)接技術(shù)尚不成熟的現(xiàn)狀下，結(jié)合雷達(dá)天線的特殊要求，借鑒大部件自動(dòng)對(duì)接技術(shù)的成功經(jīng)驗(yàn)，開展雷達(dá)天線自動(dòng)對(duì)接技術(shù)的相關(guān)研究成為一條行之有效的途徑，雷達(dá)天線自動(dòng)對(duì)接系統(tǒng)組成如圖2所示。

圖2 大型雷達(dá)天線自動(dòng)對(duì)接系統(tǒng)組成Fig.2 Composition of large radar antenna automatic docking system

空間對(duì)接環(huán)境中沒有重力，可實(shí)現(xiàn)完全柔順對(duì)接，與地面上大部件對(duì)接差別很大。飛機(jī)等大部件對(duì)接技術(shù)通過高精度設(shè)備測(cè)量大部件關(guān)鍵特征點(diǎn)位置，使用計(jì)算機(jī)控制柔性定位工裝自動(dòng)調(diào)整大部件位姿，實(shí)現(xiàn)“測(cè)量-調(diào)姿”全閉環(huán)控制，屬于室內(nèi)環(huán)境下數(shù)字化裝配的范疇。大型雷達(dá)天線自動(dòng)對(duì)接技術(shù)，是在上述基礎(chǔ)上提出的新應(yīng)用領(lǐng)域，在技術(shù)要求、使用環(huán)境、對(duì)接任務(wù)上有本質(zhì)的區(qū)別，具有以下新的技術(shù)特點(diǎn)。

1) 復(fù)雜服役環(huán)境下的精確調(diào)姿問題：雷達(dá)天線的大尺寸、重載荷特性所造成的機(jī)構(gòu)變形不可忽略，并且對(duì)接過程中容易受到載體、風(fēng)力等外部干擾影響，加上戰(zhàn)爭(zhēng)條件下的惡劣陣地環(huán)境，如何實(shí)現(xiàn)雷達(dá)天線對(duì)接位姿的快速、精確調(diào)節(jié)一直是自動(dòng)對(duì)接過程中的一大難題。

2) 長(zhǎng)期服役條件下的多次重復(fù)對(duì)接問題：不同于飛行器對(duì)接和飛機(jī)總裝等，雷達(dá)天線需要滿足長(zhǎng)期服役的作戰(zhàn)需求，如何保證雷達(dá)天線多次重復(fù)對(duì)接精度同樣是一個(gè)難點(diǎn)。

3) 地面室外環(huán)境下的精確測(cè)量問題：雷達(dá)天線對(duì)接的復(fù)雜環(huán)境極大影響了位姿的精確測(cè)量，解決大尺寸與高精度間的矛盾，并且能夠適應(yīng)室外高低溫、光照、雨霧等環(huán)境條件，是一個(gè)挑戰(zhàn)性問題。

雷達(dá)天線自動(dòng)對(duì)接按照其工作流程及涉及的關(guān)鍵技術(shù)，主要可分為雷達(dá)天線自動(dòng)調(diào)姿、雷達(dá)天線位姿測(cè)量、雷達(dá)天線對(duì)接三大部分，下面分別詳細(xì)介紹這3個(gè)關(guān)鍵技術(shù)和難點(diǎn)的研究進(jìn)展。

2 自動(dòng)調(diào)姿系統(tǒng)

雷達(dá)天線自動(dòng)調(diào)姿系統(tǒng)，即在脫離人工干預(yù)的情況下，自動(dòng)調(diào)節(jié)雷達(dá)天線的相對(duì)位姿，對(duì)于復(fù)雜服役環(huán)境的雷達(dá)而言，絕大多數(shù)情況下需要調(diào)整6個(gè)自由度位姿。自動(dòng)調(diào)姿機(jī)構(gòu)核心在于調(diào)姿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，按照組合形式的不同，調(diào)姿機(jī)構(gòu)可分為串聯(lián)調(diào)姿機(jī)構(gòu)、并聯(lián)調(diào)姿機(jī)構(gòu)和混聯(lián)調(diào)姿機(jī)構(gòu)。

2.1 串聯(lián)調(diào)姿機(jī)構(gòu)

串聯(lián)調(diào)姿機(jī)構(gòu)通過關(guān)節(jié)串聯(lián)的形式實(shí)現(xiàn)自由度調(diào)節(jié)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)動(dòng)空間大、易于控制，但難以承受大載荷限制了其在動(dòng)對(duì)接中的應(yīng)用。文獻(xiàn)[1]中提出一種微小衛(wèi)星在軌自動(dòng)對(duì)接技術(shù)，采用串聯(lián)式調(diào)姿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)調(diào)姿，僅有繞垂直對(duì)接軸轉(zhuǎn)動(dòng)和軸向進(jìn)給兩個(gè)自由度，模仿衛(wèi)星的空間自動(dòng)交會(huì)對(duì)接任務(wù)，此工況不考慮結(jié)構(gòu)在重力狀態(tài)下的變形。文獻(xiàn)[2]中提出一種基于連桿機(jī)構(gòu)的串聯(lián)型自動(dòng)吊裝設(shè)備，通過連桿結(jié)構(gòu)和纜繩，對(duì)貨輪集裝箱進(jìn)行吊裝碼垛。

2.2 并聯(lián)調(diào)姿機(jī)構(gòu)

相比于串聯(lián)機(jī)構(gòu)，并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有承載能力強(qiáng)、剛度高、精度高和動(dòng)態(tài)性能好的優(yōu)勢(shì)，特別是對(duì)于大尺寸、重載荷部件裝配或?qū)?，工程上廣泛采用并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行位姿調(diào)節(jié)。空間對(duì)接試驗(yàn)臺(tái)、飛行模擬器等基本采用并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行位姿調(diào)節(jié)。燕山大學(xué)宜亞麗等[3]采用Stewart并聯(lián)調(diào)姿平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了某型艙段的六自由度調(diào)姿和柔順裝配。

在飛機(jī)自動(dòng)裝配中，主要有分布支點(diǎn)式位姿調(diào)整和整體托架式位姿調(diào)整。分布支點(diǎn)式位姿調(diào)整系統(tǒng)中各定位器相互獨(dú)立，采用分布式布局，每臺(tái)定位器都與對(duì)接部件單獨(dú)相連。浙江大學(xué)柯映林等設(shè)計(jì)的分布支點(diǎn)式位姿調(diào)整系統(tǒng)成功應(yīng)用于多項(xiàng)國(guó)家重點(diǎn)型號(hào)工程，大幅提高了飛機(jī)裝配的質(zhì)量和效率[4]。整體托架式位姿調(diào)整系統(tǒng)避免了定位器與機(jī)體直接連接，通過一個(gè)連在機(jī)體外表面的固定托架參與對(duì)接，固定托架具有一定的保型功能，以此增大了接觸面積，能夠有效控制大部件的受力變形[5]。波音787率先使用整體托架式系統(tǒng)進(jìn)行位姿調(diào)整，并進(jìn)行廣泛應(yīng)用和推廣，取得了極大的成功。

值得指出的是，在調(diào)姿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，可以將分布支點(diǎn)式位姿調(diào)整系統(tǒng)和整體托架式位姿調(diào)整系統(tǒng)同并聯(lián)機(jī)構(gòu)關(guān)聯(lián)起來。將前者理解成為一種全離散的并聯(lián)調(diào)姿機(jī)構(gòu)，將后者理解成為一種半離散的并聯(lián)調(diào)姿機(jī)構(gòu)，對(duì)于調(diào)姿機(jī)構(gòu)的理解和整個(gè)調(diào)姿系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更有研究意義。

目前，對(duì)于并聯(lián)調(diào)姿機(jī)構(gòu)的研究主要涉及運(yùn)動(dòng)空間分析、奇異點(diǎn)分析、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)建模、控制策略和冗余并聯(lián)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)等幾個(gè)方面。但并聯(lián)機(jī)構(gòu)作為一個(gè)多輸入多輸出的復(fù)雜系統(tǒng)，具有高度非線性和多參數(shù)強(qiáng)耦合的特性，對(duì)其精確的動(dòng)力學(xué)建模帶來了極大的困難，因而也嚴(yán)重制約了控制策略的工程實(shí)現(xiàn)。

2.3 混聯(lián)調(diào)姿機(jī)構(gòu)

串聯(lián)調(diào)姿機(jī)構(gòu)工作空間大、末端執(zhí)行器靈活，并聯(lián)機(jī)構(gòu)在剛度、精度和動(dòng)態(tài)性能上具有極大的優(yōu)勢(shì)，因此將串聯(lián)機(jī)構(gòu)和并聯(lián)機(jī)構(gòu)結(jié)合起來，形成混聯(lián)調(diào)姿機(jī)構(gòu)，兩者優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，兼具串聯(lián)、并聯(lián)機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。

混聯(lián)機(jī)構(gòu)按照連接形式可分為兩類，一類是由串聯(lián)機(jī)構(gòu)和并聯(lián)機(jī)構(gòu)串聯(lián)而成，另一類是由并聯(lián)機(jī)構(gòu)串聯(lián)而成。在大部件對(duì)接調(diào)姿機(jī)構(gòu)中，后者應(yīng)用更為廣泛。燕山大學(xué)胡波[6]針對(duì)2個(gè)少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)串聯(lián)組成的混聯(lián)機(jī)構(gòu)，開展了其基礎(chǔ)理論模型的研究，建立了這類機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)、靜力學(xué)和剛度模型，對(duì)于混聯(lián)調(diào)姿機(jī)構(gòu)的分析與綜合具有一定指導(dǎo)作用。哈爾濱工業(yè)大學(xué)彭高亮等[7]采用一個(gè)3自由度冗余并聯(lián)機(jī)構(gòu)和一個(gè)3自由度平面并聯(lián)機(jī)構(gòu)串聯(lián)組合成混聯(lián)機(jī)構(gòu)，對(duì)重載雷達(dá)天線進(jìn)行調(diào)姿，機(jī)構(gòu)原理如圖3所示，并在雷達(dá)裝備中進(jìn)行了驗(yàn)證。

圖3 6自由度混聯(lián)調(diào)姿機(jī)構(gòu)原理圖及其應(yīng)用Fig.3 6-DOF hybrid serial-parallel pose adjustment mechanism and its application

綜上所述，混聯(lián)機(jī)構(gòu)兼具串聯(lián)、并聯(lián)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)，具有運(yùn)動(dòng)空間大、承載能力高、動(dòng)態(tài)性能好等優(yōu)點(diǎn)，在雷達(dá)天線等大尺寸重載荷部件對(duì)接中有極大的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)和發(fā)展前景。但由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其動(dòng)力學(xué)求解和運(yùn)動(dòng)控制更加困難。目前這方面的研究相對(duì)較少，亟待開展進(jìn)一步深層次的基礎(chǔ)理論研究。

3 大尺寸測(cè)量技術(shù)

工業(yè)生產(chǎn)中大尺寸測(cè)量(large -scale metrology，LSM)主要解決幾米至上百米范圍內(nèi)的幾何量精密測(cè)量問題，廣泛應(yīng)用于以飛機(jī)、導(dǎo)彈、橋梁、衛(wèi)星天線等大型裝備為代表的大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的制造及裝配過程中。當(dāng)前，LSM技術(shù)面臨著測(cè)量尺寸大、相對(duì)精度要求高、被測(cè)特征結(jié)構(gòu)復(fù)雜、測(cè)量條件環(huán)境惡劣等問題[8]。為克服這些問題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者應(yīng)用了不同的測(cè)量?jī)x器并研發(fā)出了各種大尺寸測(cè)量系統(tǒng)，主要涉及激光跟蹤儀、電子經(jīng)緯儀、iGPS和視覺傳感器等。

激光跟蹤儀采用激光干涉法在球面極坐標(biāo)內(nèi)進(jìn)行測(cè)量，可以測(cè)量6自由度大尺寸組件，且具有較高的測(cè)量精度，在飛機(jī)等大型復(fù)雜產(chǎn)品的測(cè)量中廣泛應(yīng)用。南京航空航天大學(xué)韓鋒等[9]提出了一種智能三坐標(biāo)輔助測(cè)量技術(shù)，該技術(shù)通過激光跟蹤儀實(shí)現(xiàn)飛機(jī)大部件型面的高精度、高效率和自動(dòng)化三維測(cè)量。

經(jīng)緯儀測(cè)量系統(tǒng)作為一種全局測(cè)量控制手段，其測(cè)角精度高，測(cè)量范圍大。視覺引導(dǎo)激光經(jīng)緯儀坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)以角度空間交會(huì)測(cè)量原理為基礎(chǔ)，引入視覺處理機(jī)制和激光準(zhǔn)直瞄準(zhǔn)方法，配合多分辨率成像技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)測(cè)量過程目標(biāo)的自動(dòng)識(shí)別、瞄準(zhǔn)和跟蹤。天津大學(xué)精密測(cè)試技術(shù)及儀器國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室邾繼貴教授[10]在相關(guān)方面已取得預(yù)期成果，其研發(fā)的制造空間精密測(cè)量定位系統(tǒng)在10 m的測(cè)量空間內(nèi)達(dá)到了0.2 mm的測(cè)量精度。

iGPS測(cè)量系統(tǒng)是由多臺(tái)紅外脈沖激光發(fā)射器和接收器組成，在大距離情況下的測(cè)量精度高于激光跟蹤儀測(cè)量系統(tǒng)。林雪竹等[11]提出了基于iGPS測(cè)量系統(tǒng)的大部件對(duì)接位姿測(cè)量?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)方法，建立了對(duì)接測(cè)量網(wǎng)絡(luò)并對(duì)其網(wǎng)絡(luò)測(cè)量精度進(jìn)行了仿真分析。但是，iGPS的缺點(diǎn)在于在測(cè)量過程中發(fā)射器與接收器的位置必須保持固定，故只適用于固定環(huán)境。

近年來通過多個(gè)視覺傳感器實(shí)現(xiàn)的大尺寸空間內(nèi)物體位姿的全自動(dòng)測(cè)量技術(shù)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人、裝配線等[12]。這種視覺測(cè)量系統(tǒng)采用非接觸式測(cè)量，成本低，不會(huì)對(duì)被測(cè)對(duì)象造成干擾，且對(duì)被測(cè)對(duì)象的外形和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)沒有要求。但室外條件下容易受光照等環(huán)境條件影響，精度較低。

綜上所述，目前大尺寸測(cè)量技術(shù)種類繁多，并且多采用光學(xué)手段，由多臺(tái)高精度測(cè)量設(shè)備組成，主要應(yīng)用于室內(nèi)環(huán)境，需要構(gòu)建復(fù)雜的測(cè)量場(chǎng)，對(duì)環(huán)境干擾適應(yīng)性較差，成本高。哈爾濱工業(yè)大學(xué)彭高亮等[13]采用激光傳感器陣列的布置形式，在大尺寸雷達(dá)天線(12 m×2.5 m)自動(dòng)對(duì)接中，實(shí)現(xiàn)了6自由度分步測(cè)量，測(cè)量精度達(dá)到0.5 mm，如圖4所示。這種基于多個(gè)低成本一維傳感器的陣列組合測(cè)量方案，為雷達(dá)天線對(duì)接中的大尺寸測(cè)量問題提供了一種新思路。

圖4 基于激光傳感器陣列的測(cè)量系統(tǒng)Fig.4 Measurement system based on integrated laser sensors

4 柔順對(duì)接技術(shù)

在機(jī)器人、空間對(duì)接和大部件裝配等領(lǐng)域，運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)與環(huán)境相接觸，但由于機(jī)構(gòu)模型的非理想化以及位置控制誤差的存在，往往需要運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)對(duì)環(huán)境有一定的適應(yīng)性，機(jī)構(gòu)對(duì)環(huán)境的順從能力被稱為柔順性。柔順對(duì)接技術(shù)可通過柔順對(duì)接機(jī)構(gòu)和柔順控制策略兩方面實(shí)現(xiàn)。

4.1 柔順對(duì)接機(jī)構(gòu)

目前對(duì)接機(jī)構(gòu)更多應(yīng)用于空間交會(huì)對(duì)接，通過它可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)航天器機(jī)械、電氣、液路的連接。對(duì)接機(jī)構(gòu)可分為被動(dòng)緩沖式對(duì)接機(jī)構(gòu)、抓捕式對(duì)接機(jī)構(gòu)和弱撞擊式對(duì)接機(jī)構(gòu)3類。相對(duì)前兩者，弱撞擊式對(duì)接機(jī)構(gòu)更易于實(shí)現(xiàn)柔順對(duì)接。

弱撞擊對(duì)接是指通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或者柔順控制，降低對(duì)接過程中的撞擊力，主要有“抓手-碰撞鎖”式對(duì)接機(jī)構(gòu)和空間弱撞擊對(duì)接機(jī)構(gòu)[14]。歐洲空間局研制的十字形對(duì)接裝置與日本研制的3點(diǎn)式對(duì)接裝置均屬于“抓手-碰撞鎖”式，二者只在布局上有差別，這類機(jī)構(gòu)通常結(jié)構(gòu)復(fù)雜?？臻g弱撞擊對(duì)接系統(tǒng)最早是由美國(guó)航空航天局于20世紀(jì) 80年代提出，用于實(shí)現(xiàn)弱撞擊空間對(duì)接，采用周邊式對(duì)接機(jī)構(gòu)構(gòu)型，能夠最大限度地降低對(duì)接過程中的接觸力。目前我國(guó)部分航天院所和高校也都在進(jìn)行弱撞擊空間對(duì)接機(jī)構(gòu)的研究，但基本處于樣機(jī)研制階段，在實(shí)際應(yīng)用方面和國(guó)外先進(jìn)水平相比還有一定差距，還需在碰撞動(dòng)力學(xué)、力測(cè)量系統(tǒng)和高精度傳感器等方面進(jìn)行完善。

4.2 柔順控制策略

柔順控制的概念最早來源于機(jī)器人研究領(lǐng)域，主要包含被動(dòng)柔順控制和主動(dòng)柔順控制。前者通過被動(dòng)柔順機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，在致動(dòng)器和操作器之間增加彈簧等柔性環(huán)節(jié)，通過彈性元件的變形來引導(dǎo)操作器的順應(yīng)運(yùn)動(dòng)。被動(dòng)柔順控制一般不需要通過傳感器來檢測(cè)接觸力，而是通過機(jī)械柔順裝置來提高柔順性。孫立寧等[15]為了實(shí)現(xiàn)拋磨系統(tǒng)機(jī)器人末端的位置控制和接觸力控制，提出一種基于被動(dòng)柔順裝置的機(jī)器人拋磨系統(tǒng)力/位混合控制策略。被動(dòng)柔順控制實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但在機(jī)械結(jié)構(gòu)中增加的柔順裝置會(huì)給控制帶來極大的困難。

主動(dòng)柔順控制也就是力反饋控制，通過在操作器末端或關(guān)節(jié)加入力傳感器，在位置控制的基礎(chǔ)上引入力信號(hào)的反饋，得到位置環(huán)的修正量，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)表現(xiàn)出對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性。常用的主動(dòng)柔順控制方法主要有：阻抗控制、力/位混合控制和先進(jìn)控制方法[16]。

阻抗控制不直接控制機(jī)器人與環(huán)境之間的作用力，而是用一個(gè)質(zhì)量-彈簧-阻尼系統(tǒng)代替機(jī)器人與環(huán)境之間的接觸，根據(jù)機(jī)器人末端與環(huán)境之間的接觸力得到機(jī)器人末端位姿的調(diào)整量，從而將機(jī)器人末端與環(huán)境之間的剛性接觸變?yōu)槿嵝越佑|，主要應(yīng)用于自動(dòng)裝配、人機(jī)協(xié)作等場(chǎng)合。

力/位混合控制是利用力傳感器作為反饋裝置，將力反饋信號(hào)與位置控制(或速度控制)輸入信號(hào)相結(jié)合，通過相關(guān)混合算法實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)控制[17]。但是由于位置閉環(huán)和力控制閉環(huán)存在耦合，并且控制過程中要對(duì)控制方式進(jìn)行切換，這就導(dǎo)致控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)比較困難，穩(wěn)定性分析也比較復(fù)雜。

上述兩種柔順控制方法的應(yīng)用在環(huán)境剛度變化時(shí)有較大的局限性，這促使很多學(xué)者對(duì)柔順控制進(jìn)行改進(jìn)研究，將自適應(yīng)控制、魯棒控制、模糊控制等先進(jìn)控制方法引入到力控制當(dāng)中，以提高控制性能和環(huán)境適應(yīng)能力。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)高海波等[18]提出一種主被動(dòng)混合柔順控制理念，綜合主動(dòng)柔順和被動(dòng)柔順，兩者優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)?？紤]到被動(dòng)柔順專用性強(qiáng)、范圍限制大，而主動(dòng)柔順存在的狀態(tài)轉(zhuǎn)換、時(shí)間延遲容易產(chǎn)生較大的接觸沖擊和損傷，將位置、力和視覺等反饋信息集成，同時(shí)在末端設(shè)計(jì)被動(dòng)柔順對(duì)接接口，形成主被動(dòng)混合柔順控制，既可進(jìn)行實(shí)時(shí)的主動(dòng)控制，又可以降低接觸沖擊。

綜上所述，借鑒空間柔順對(duì)接機(jī)構(gòu)的原理，結(jié)合雷達(dá)天線的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于操作和實(shí)現(xiàn)的對(duì)接機(jī)構(gòu)，通過主被動(dòng)混合柔順控制技術(shù)，對(duì)雷達(dá)天線自動(dòng)對(duì)接過程具有較大的借鑒意義。

5 總結(jié)與展望

雷達(dá)天線自動(dòng)對(duì)接是提高地面大型雷達(dá)機(jī)動(dòng)性能的重要途徑，我國(guó)目前在雷達(dá)天線自動(dòng)對(duì)接、柔順對(duì)接方面相比于國(guó)際先進(jìn)水平還有不小的差距，進(jìn)行大尺寸、重載荷的地面雷達(dá)自動(dòng)對(duì)接技術(shù)的研究具有極大的研究?jī)r(jià)值和軍事價(jià)值。本文針對(duì)雷達(dá)天線自動(dòng)對(duì)接的技術(shù)需求，提煉出關(guān)鍵技術(shù)和亟待攻克的難點(diǎn)問題，綜合分析了自動(dòng)調(diào)姿系統(tǒng)、大尺寸測(cè)量技術(shù)和柔順對(duì)接技術(shù)三個(gè)方面的研究現(xiàn)狀。

借鑒其他大型裝備自動(dòng)裝配/對(duì)接的成功案例，結(jié)合雷達(dá)天線面臨的實(shí)際問題和迫切需求，提出以下建議，作為今后雷達(dá)天線自動(dòng)對(duì)接需要關(guān)注的重點(diǎn)問題。

1) 采用串、并聯(lián)結(jié)合的混聯(lián)調(diào)姿機(jī)構(gòu)，能在一定程度上將兩者優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，提供較大的運(yùn)動(dòng)空間和較好的剛度、精度和動(dòng)態(tài)性能，但仍需要對(duì)其基礎(chǔ)理論開展更進(jìn)一步深入的研究。

2) 對(duì)于復(fù)雜服役環(huán)境下的大尺寸雷達(dá)位姿測(cè)量技術(shù)，采用可靠性高、實(shí)用性強(qiáng)的一維傳感器陣列組合測(cè)量方案能夠?yàn)槔走_(dá)位姿測(cè)量提供新思路。

3) 結(jié)合被動(dòng)柔順對(duì)接機(jī)構(gòu)和主動(dòng)柔順控制策略是將來實(shí)現(xiàn)雷達(dá)天線自動(dòng)柔順對(duì)接的有效途徑，可持續(xù)開展相關(guān)理論研究。

4) 實(shí)現(xiàn)雷達(dá)天線快速對(duì)接，滿足多次重復(fù)對(duì)接精度要求，需要綜合考慮調(diào)姿機(jī)構(gòu)和測(cè)量方案的耦合因素，開展針對(duì)性的研究。