CN102620891A - 机柜质心柔性测量装置及实现方法 - Google Patents

机柜质心柔性测量装置及实现方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种空间站机柜质心柔性测量装置及方法，该测量装置包括支撑翻转机构、对接板和力学传感器，对接板的一侧与支撑翻转机构连接，力学传感器分布在对接板的三个点上。在测量过程中，首先将机柜安装到对接板的另一侧面上，通过调整支撑翻转机构使机柜分别处于竖直和倾斜两种装态，测量机柜竖直和倾斜两种状态下的数值，经过计算得出机柜的质心坐标。测量方法是首先求出机柜和对接板组合体在旋转坐标系的质心，然后再求解出机柜在机柜坐标系中的质心，本发明所述测量方法及装置，检测精度高，可靠性高，不仅适用于机柜质心检测，还适用于某些外型不规则、相对具有一定柔性物体的质心检测，还可以测量质心的偏移量。

Description

机柜质心柔性测量装置及实现方法
技术领域
本发明涉及一种不规则柔性物体质心测量方法及实现装置，特别是空间站机柜质心测量方法及实现装置。
背景技术
机柜就是指在空间站内为航天员提供日常生活资源和生存空间及存放各项实验研究相配套的试验仪器和设备等有效载荷的硬件设施。随着我国航天事业的不断发展，未来几年将建立自己的空间站，为人类提供一个可长期运行的科学实验室来进行空间科学、微重力科学、生命科学、工程技术等相关实验和研究。因此，机柜的用途将不断扩大，需求也将不断增加，而随着空间站有效载荷的不断变化，机柜的类型也将不断增加，外型结构也将各不相同。
为了确保机柜安装完毕后舱体平衡，就要保证每个机柜的质心分布在指定的范围内，因此，有必要设计一套可以快速检测机柜质心的方法及实现该方法的装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种操作方便、测量精度高的机柜质心柔性测量装置。
为实现上述目的，本发明提供的一种机柜质心柔性测量装置，一种机柜质心柔性测量装置，包括支撑翻转机构、对接板和力学传感器，对接板的一侧与支撑翻转机构连接，力学传感器分布在对接板的三个点上，这三个点分别是在对接板的顶部中间和对接板底部的左、右两侧；对接板顶部中间安装一个力学传感器，对接板底部的左、右两侧的两个点上安装的是两组正交的力学传感器。
在测量过程中，首先将机柜安装到对接板的另一侧面上，通过调整支撑翻转机构使机柜分别处于竖直和倾斜两种装态，测量机柜竖直和倾斜两种状态下的数值，经过计算得出机柜的质心坐标。
同时，本发明还提供了利用上述装置测量机柜质心的方法，该方法具有测量精度高的特点。
本发明所述的方法，首先求出机柜和对接板组合体在旋转坐标系的质心，然后再求解出机柜在机柜坐标系中的质心，
具体方法如下：
该方法中的坐标系分别为：旋转坐标系XOY、机柜坐标系XrOrYr、左侧正交力学传感器坐标系Xs l Os l Ys l 、右侧正交力学传感器坐标系Xs r Os r Ys r ；
并做如下规定：
a、对接板竖直状态记作：                                               ；对接板倾斜状态记作：
Figure 2012101125823100002DEST_PATH_IMAGE004
；
b、对接板上部的力学传感器沿Y轴方向受力记作：
Figure 2012101125823100002DEST_PATH_IMAGE006
；
c、 对接板底部的左侧正交力学传感器沿Y、Z轴方向受力记作：
Figure 2012101125823100002DEST_PATH_IMAGE008
、；
d、 对接板底部的右侧正交力学传感器沿Y、Z轴方向受力记作：、
Figure 2012101125823100002DEST_PATH_IMAGE014
；
e、旋转坐标系X轴与力学传感器坐标系Xs轴之间的距离为
Figure 2012101125823100002DEST_PATH_IMAGE016
；
f、力学传感器坐标系Os r 、Os l 之间的距离为2X；
两组正交的力学传感器沿Y轴方向受力和、受力差为：
                            (1)
                            (2)
两组正交的力学传感器沿Z轴方向受力和、受力差为：
Figure 2012101125823100002DEST_PATH_IMAGE022
                             (3)
                             (4)
根据机柜和对接板在Y、Z方向受力平衡得：
Figure 2012101125823100002DEST_PATH_IMAGE026
                           (5) 
Figure 2012101125823100002DEST_PATH_IMAGE028
                                (6) 
由(5)和(6)得出机柜和对接板重量为：
Figure 2012101125823100002DEST_PATH_IMAGE030
                          (7) 
对旋转坐标系Y轴列出力矩平衡方程为： 
                              (8) 
对正交力学传感器Xs轴列出力矩平衡方程为：
Figure 2012101125823100002DEST_PATH_IMAGE034
                      (9) 
由(8)、(9)可以求出机柜和对接板组合体的质心
Figure 2012101125823100002DEST_PATH_IMAGE036
，设对接板在旋转坐标系中质心坐标为
Figure 2012101125823100002DEST_PATH_IMAGE038
，机柜和对接板的总重
Figure 2012101125823100002DEST_PATH_IMAGE040
，对接板的重量
Figure 2012101125823100002DEST_PATH_IMAGE042
，则机柜的重量为，则机柜在旋转坐标系中的质心坐标各分量为：
                          (10) 
根据旋转坐标系与机柜坐标系之间的位置关系，将机柜在旋转坐标系中的质心坐标
Figure 478375DEST_PATH_IMAGE046
利用坐标系转换原理求出机柜在机柜坐标系中的质心坐标
Figure 2012101125823100002DEST_PATH_IMAGE050
，这样就实现了机柜的质心测量。
本发明所述的机柜质心柔性测量方法及装置，检测精度高，可靠性高，不仅适用于机柜质心检测，还适用于某些外型不规则、相对具有一定柔性物体的质心检测，还可以测量质心的偏移量。
附图说明
图1为本发明测量装置及原理图。
图2为机柜质心检测流程图。
图中：1-支撑翻转机构，2-对接板，3-力学传感器，4-机柜。
具体实施方式
如图1所示，本发明所述的一种机柜质心柔性测量装置，一种机柜质心柔性测量装置，包括支撑翻转机构1、对接板2和力学传感器3，对接板2的一侧与支撑翻转机构1连接，力学传感器3分布在对接板2的三个点上，这三个点分别是在对接板2的顶部中间和对接板2底部的左、右两侧；对接板2顶部中间安装一个力学传感器，对接板2底部的左、右两侧的两个点上安装的是两组正交的力学传感器。
对接板2由主板和副板构成，在主板和副板中间安放力学传感器3，在三个点共安装有五个力学传感器。
由于机柜4的特殊要求，对接板2与机柜4的侧面进行安装，对接板2安装面垂直于地面。对接板2安装面与机柜4用4个螺钉进行安装固定。
支撑翻转机构1的作用是使对接板及机柜4旋转一定角度，支撑翻转机构1的机构是本领域技术人员容易实现的，这里不再赘述。
在测量机柜4质心时，首先将机柜4安装在对接板2上，测量竖直状态下的数据，之后将测量装置旋转一定角度，使机柜4处于倾斜状态，测量倾斜状态下的数据，将两次采集的数据通过相应的计算程序，用本发明所述的方法计算出机柜4的质心坐标值，检测流程如图2所示。
本发明所述的机柜质心测量首先求出机柜和对接板组合体在旋转坐标系的质心，然后再求解出机柜在机柜坐标系中的质心，
具体方法如下：
该方法中的坐标系分别为：旋转坐标系XOY、机柜坐标系XrOrYr、左侧正交力学传感器坐标系Xs l Os l Ys l 、右侧正交力学传感器坐标系Xs r Os r Ys r ；
并做如下规定：
a、对接板竖直状态记作：
Figure 333198DEST_PATH_IMAGE002
；对接板倾斜状态记作：
Figure 112935DEST_PATH_IMAGE004
；
b、对接板上部的力学传感器沿Y轴方向受力记作：
Figure 445828DEST_PATH_IMAGE006
；
c、 对接板底部的左侧正交力学传感器沿Y、Z轴方向受力记作：
Figure 260200DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure 82662DEST_PATH_IMAGE010
；
d、 对接板底部的右侧正交力学传感器沿Y、Z轴方向受力记作：
Figure 287379DEST_PATH_IMAGE012
、
Figure 486279DEST_PATH_IMAGE014
；
e、旋转坐标系X轴与力学传感器坐标系Xs轴之间的距离为
Figure 92841DEST_PATH_IMAGE016
；
f、力学传感器坐标系Os r 、Os l 之间的距离为2X；
两组正交的力学传感器沿Y轴方向受力和、受力差为：
Figure 86205DEST_PATH_IMAGE018
                            (1)
Figure 778217DEST_PATH_IMAGE020
                            (2)
两组正交的力学传感器沿Z轴方向受力和、受力差为：
                             (3)
Figure 38614DEST_PATH_IMAGE024
                             (4)
根据机柜和对接板在Y、Z方向受力平衡得：
                           (5) 
                                (6) 
由(5)和(6)得出机柜和对接板重量为：
Figure 860574DEST_PATH_IMAGE030
                          (7) 
对旋转坐标系Y轴列出力矩平衡方程为： 
Figure 504045DEST_PATH_IMAGE032
                              (8) 
对正交力学传感器Xs轴列出力矩平衡方程为：
Figure 776894DEST_PATH_IMAGE034
                      (9) 
由(8)、(9)可以求出机柜和对接板组合体的质心
Figure 505816DEST_PATH_IMAGE036
，设对接板在旋转坐标系中质心坐标为
Figure 522313DEST_PATH_IMAGE038
，机柜和对接板的总重
Figure 20291DEST_PATH_IMAGE040
，对接板的重量
Figure 729621DEST_PATH_IMAGE042
，则机柜的重量为
Figure 680259DEST_PATH_IMAGE044
，则机柜在旋转坐标系中的质心坐标
Figure 562765DEST_PATH_IMAGE046
各分量为：
Figure 852932DEST_PATH_IMAGE048
                          (10) 
根据旋转坐标系与机柜坐标系之间的位置关系，将机柜在旋转坐标系中的质心坐标转换到机柜在机柜坐标系中的质心坐标
Figure 171098DEST_PATH_IMAGE050
，这样就实现了机柜的质心测量。
    机柜质心测量的具体步骤可按照如下步骤进行：
1、确定待测机柜的安装位置，将待测机柜与测量装置的对接板连接，调节支撑翻转机构使待测机柜与对接板的安装面垂直于地面，之后将数据采集系统清零。
2、采集竖直状态（待测机柜与对接板的安装面垂直于地面）下的数据，作为数据1进行存储。
3、待采集完竖直状态下的数据后，调节支撑翻转机构，使待测机柜与对接板的安装面与地面成一定的角度，之后采集倾斜状态下的数据，作为数据2进行存储。
4、利用待测机柜在竖直状态和倾斜状态下两次测得的数据1、2换算出机柜和对接板组合体的联合质心坐标。
5、根据联合质心坐标，可以求出机柜在旋转坐标系中的质心坐标。
6、坐标换算：由于此时测量得到的还只是机柜在旋转坐标系中的坐标，必须将此坐标从旋转坐标系转换到机柜坐标系，所以根据坐标系转换原理，可以很方便简单的将机柜坐标从旋转坐标系转换到机柜坐标系。

Claims (2)

1.一种机柜质心柔性测量装置，其特征在于：包括支撑翻转机构（1）、对接板（2）和力学传感器（3），对接板（2）的一侧与支撑翻转机构（1）连接，力学传感器（3）分布在对接板（2）的三个点上，这三个点分别是在对接板（2）的顶部中间和对接板（2）底部的左、右两侧；对接板（2）顶部中间安装一个力学传感器，对接板（2）底部的左、右两侧的两个点上安装的是两组正交的力学传感器。
2.使用如权利要求1所述的装置对机柜质心进行测量的方法，其特征在于首先求出机柜和对接板组合体在旋转坐标系的质心，然后再求解出机柜在机柜坐标系中的质心，
具体方法如下：
该方法中的坐标系分别为：旋转坐标系XOY、机柜坐标系XrOrYr、左侧正交力学传感器坐标系Xs l Os l Ys l 、右侧正交力学传感器坐标系Xs r Os r Ys r ；
并做如下规定：
a、对接板竖直状态记作：                                               ；对接板倾斜状态记作：
Figure 2012101125823100001DEST_PATH_IMAGE004
；
b、对接板上部的力学传感器沿Y轴方向受力记作：
Figure 2012101125823100001DEST_PATH_IMAGE006
；
c、 对接板底部的左侧正交力学传感器沿Y、Z轴方向受力记作：
Figure 2012101125823100001DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure 2012101125823100001DEST_PATH_IMAGE010
；
d、 对接板底部的右侧正交力学传感器沿Y、Z轴方向受力记作：
Figure 2012101125823100001DEST_PATH_IMAGE012
、；
e、旋转坐标系X轴与力学传感器坐标系Xs轴之间的距离为；
f、力学传感器坐标系Os r 、Os l 之间的距离为2X；
两组正交的力学传感器沿Y轴方向受力和、受力差为：
Figure 2012101125823100001DEST_PATH_IMAGE018
                            (1)
Figure 2012101125823100001DEST_PATH_IMAGE020
                            (2)
两组正交的力学传感器沿Z轴方向受力和、受力差为：
Figure 2012101125823100001DEST_PATH_IMAGE022
                             (3)
Figure 2012101125823100001DEST_PATH_IMAGE024
                             (4)
根据机柜和对接板在Y、Z方向受力平衡得：
Figure 2012101125823100001DEST_PATH_IMAGE026
                           (5) 
Figure 2012101125823100001DEST_PATH_IMAGE028
                                (6) 
由(5)和(6)得出机柜和对接板重量为：
Figure 2012101125823100001DEST_PATH_IMAGE030
                          (7) 
对旋转坐标系Y轴列出力矩平衡方程为： 
Figure 2012101125823100001DEST_PATH_IMAGE032
                              (8) 
对正交力学传感器Xs轴列出力矩平衡方程为：
Figure 2012101125823100001DEST_PATH_IMAGE034
                      (9) 
由(8)、(9)可以求出机柜和对接板组合体的质心
Figure 2012101125823100001DEST_PATH_IMAGE036
，设对接板在旋转坐标系中质心坐标为
Figure 2012101125823100001DEST_PATH_IMAGE038
，机柜和对接板的总重
Figure 2012101125823100001DEST_PATH_IMAGE040
，对接板的重量，则机柜的重量为
Figure 2012101125823100001DEST_PATH_IMAGE044
，则机柜在旋转坐标系中的质心坐标
Figure 2012101125823100001DEST_PATH_IMAGE046
各分量为：
Figure 2012101125823100001DEST_PATH_IMAGE048
                          (10) 
根据旋转坐标系与机柜坐标系之间的位置关系，将机柜在旋转坐标系中的质心坐标
Figure 573038DEST_PATH_IMAGE046
转换到机柜在机柜坐标系中的质心坐标
Figure 2012101125823100001DEST_PATH_IMAGE050
，这样就实现了机柜的质心测量。
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