CN103837318A - 并联六连杆式风洞天平复位机构及复位方法 - Google Patents

Abstract

并联六连杆式风洞天平复位机构及复位方法，取代了从前的塔式六电机控制六自由度，每台电机分别单独运动的复位方式，创新性的采用了并联六连杆式复位方式。并联六连杆式风洞天平复位机构，其组成包括：控制计算机，所述的控制计算机分别连接复位运动控制部分、变形及位置测量部分，所述的变形及位置测量部分包括测位传感器、所述的复位运动控制部分包括运动控制单元及复位保护单元、所述的复位运动控制部分连接复位运动执行部分、所述的控制计算机连接控制电机及复位保护单元，所述的测位传感器安装在测量天平即加载梁运动的位置，所述的测位传感器连接控制计算机；运动控制单元和控制电机，所述的测位传感器对应连接六个连杆机构，保护装置连接六个连杆机构及加载梁。本产品用于风洞天平复位。<b/>

Description

并联六连杆式风洞天平复位机构及复位方法

技术领域

本发明涉及一种并联六连杆式风洞天平复位机构及复位方法。

背景技术

随着飞行器的设计对风洞试验数据精准度的要求不断提高，风洞试验朝着精细化的方向发展。作为风洞试验中力/力矩最主要的测量装置，测力天平的性能直接影响试验数据的准确性。天平的精准度主要由天平的校准公式决定，而天平公式的精确度很大程度上依赖天平静校台的性能。另外随着科研型号任务的不断增多，对于天平校准的时间限制也越来越严格，因此又对天平校准设备高效性有了新的要求。

风洞天平校准设备的性能将直接影响天平静校的质量和效率，按加载坐标轴系的不同，可分为地轴系天平校准设备和体轴系天平校准设备。地轴系天平校准设备不进行天平复位调整，结构简单。而体轴系天平校准设备需要通过校准设备的自动调整系统保证天平加载状态不变，即保证施加载荷的方向始终与天平体轴系一致。原有的体轴系加载设备均为塔形结构，其运用六台电机进行六分量（X，Y，Z，Mx，My，Mz）变形复位，各复位电机间存在相互影响，复位精度低，速度慢。

发明内容

本发明的目的提供一种并联六连杆式风洞天平复位机构及复位方法，以解决体轴系静校台复位精度低，速度慢的问题。

本发明通过下述技术方案实现的：

并联六连杆式风洞天平复位机构，其组成包括：控制计算机，所述的控制计算机分别连接复位运动控制部分、变形及位置测量部分，所述的变形及位置测量部分包括测位传感器、所述的复位运动控制部分包括运动控制单元及复位保护单元、所述的复位运动控制部分连接复位运动执行部分、所述的控制计算机连接控制电机及复位保护单元，所述的测位传感器安装在测量天平即加载梁运动的位置，所述的测位传感器连接控制计算机；运动控制单元和控制电机，所述的测位传感器对应连接六个连杆机构，保护装置连接六个连杆机构及加载梁。

所述的并联六连杆式风洞天平复位机构，所述的六个连杆机构为六台高精度伺服电机驱动的六根并联连杆，其中竖直方向三角形布置X，My，Mz三个自由度的X方向连杆：连杆X1，连杆X2和连杆X3，两根控制Z，Mx两个自由度Z方向连杆，即水平Z向平行布置两根连杆Z1，连杆Z2，一根控制Y一个自由度Y方向连杆即水平Y向中间布置一根连杆Y1，共六根连杆组成并联六连杆复位机构，推动台体的移动和转动，实现快速精确复位。

所述的并联六连杆式风洞天平复位机构，所述的复位运动控制部分包括与所述的控制机计算机连接的多轴运动控制卡，所述的多轴运动控制卡连接所述的复位运动执行部分，所述的复位运动执行部分包括六台谐波减速器、一一对应连接六个连杆机构的六根滚珠丝杠，6台所述的测位传感器一一对应连接六个连杆机构。

一种风洞天平复位方法，其步骤为：当系统加载后加载梁产生偏移，激光位移传感器测得的加载梁偏移量，通过加载梁的变形通过激光跟踪仪控制器USB口传入控制计算机，控制计算机根据六根连杆的伸缩量；传入多轴运动控制卡，多轴运动控制卡对六根连杆的伸缩量进行插补，再传入六台伺服电机的驱动控制器，控制六台交流伺服电机按比例同时转动，然后通过多轴运动控制卡，六台谐波减速器、六根滚珠丝杠、驱动六根连杆的伸缩使加载梁复位偏移量减少，激光位移传感器再测得的加载梁偏移量，再次进行复位，当偏移量达到复位的精度要求复位结束。

所述的风洞天平复位方法，所述的控制六台交流伺服电机按比例同时转动过程中，六台高精度伺服电机驱动的六根并联连杆，三根X方向连杆控制X，My，Mz三个自由度，两根Z方向连杆控制Z，Mx两个自由度，一根Y方向控制Y一个自由度，当其中一个或多个杆进行运动时，其它杆进行联动控制。

有益效果：

1、以上所述的并联六连杆式风洞天平复位机构包括分别由六台高精度伺服电机驱动的六根并联连杆，三根X方向连杆控制X，My，Mz三个自由度，两根Z方向连杆控制Z，Mx两个自由度，一根Y方向控制Y一个自由度。当其中一个或多个杆进行运动时，其它杆进行联动控制。

以上所述的静校台台体姿态的计算机通过控制六套交流伺服。为了使台体能够平稳快速地复位，需对这六套交流伺服进行联动控制，因此在复位系统中采用了运动控制单元即多轴运动控制器，它能代替控制计算机完成六连杆的位置、速度的联动控制。

本发明通过并联六连杆进行天平复位的方式，通过反馈实现准确快速复位的要求；提高天平复位的精准度和速度。

本发明能够有效避免单元运动影响其它元复位的问题（如Mz复位影响Y复位），具有结构巧妙、复位速度快、精度高、干扰小等优点。天平复位位移精度小于0.01mm，角度精度小于5″。在使用本装置所进行的风洞天平静校中，天平准度指标小于4‰，精度指标小于1‰。本发明对于提高风洞天平校准精度和效率指标具有重要作用，其应用前景十分广阔。

本发明是基于我国大载荷风洞天平校准的需要，提供一种并联六连杆式风洞天平复位机构，本结构能够有效避免单元运动影响其它元复位的问题，具有结构巧妙、复位速度快、精度高、相互干扰小等优点。

本发明完全取代了从前的塔式六电机控制六自由度，每台电机分别单独运动的复位方式，创新性的采用了并联六连杆式复位方式。加载梁的变形通过激光跟踪仪传入控制计算机。控制计算机求出六根连杆的伸缩量传入多轴运动控制卡，多轴运动控制卡对六根连杆的伸缩量进行插补，驱动六根连杆的伸缩使加载梁复位偏移量减少。激光位移传感器再测得的加载梁偏移量，再次进行复位，当偏移量达到复位的精度要求复位结束。本套复位机构，能够准确快速安全实现天平复位，并且具有结构巧妙、复位速度快、精度高、相互干扰小等优点。

本发明加载梁的变形通过激光跟踪仪传入控制计算机。控制计算机求出六根连杆的伸缩量传入多轴运动控制卡，多轴运动控制卡对六根连杆的伸缩量进行插补，驱动六根连杆的伸缩使加载梁复位偏移量减少。激光位移传感器再测得的加载梁偏移量，再次进行复位，当偏移量达到复位的精度要求复位结束。本套复位机构，能够准确快速安全实现天平复位，并且具有结构巧妙、复位速度快、精度高、相互干扰小等优点。

附图说明：

图1为本发明连杆部分的结构示意图。

图2为附图1的左视图。

图3为附图1的俯视图。

附图4为本发明的控制流程图。

附图5为单个连杆的结构示意图，图中7为与活动的台体的链接铰链，8为连杆双向铰链，9为连杆的伸缩部分，10为伺服电机和减速器组件，11为连杆的双向铰链，12为与台体的基础连接的铰链。

附图6为本发明的总体连接结构的示意图。

附图7是伺服驱动前端电原理图，图中：w3是伺服驱动器1、w4是伺服驱动器2、w5是伺服驱动器3、w6是伺服驱动器4、w7是伺服驱动器5、w8是伺服驱动器6。

附图8是伺服驱动后端电原理图，图中：M1为驱动电机。

具体实施方式：

实施例1：

并联六连杆式风洞天平复位机构，其组成包括：控制计算机，所述的控制计算机分别连接复位运动控制部分、变形及位置测量部分，所述的变形及位置测量部分包括测位传感器、所述的复位运动控制部分包括运动控制单元及复位保护单元、所述的复位运动控制部分连接复位运动执行部分、所述的控制计算机连接控制电机及复位保护单元，所述的测位传感器安装在测量天平即加载梁运动的位置，所述的测位传感器电连接控制计算机；运动控制单元和控制电机，所述的测位传感器对应连接六个连杆机构，保护装置连接六个连杆机构及加载梁。

实施例2：

实施例1所述的并联六连杆式风洞天平复位机构，所述的六个连杆机构包括安装在活动的台体1上的六台高精度伺服电机驱动的六根各自独立工作的并联连杆，安装在其中竖直方向三角形布置X，My，Mz三个自由度的X方向连杆：连杆X1，连杆X2和连杆X3，连杆X1，连杆X2和连杆X3分别通过铰链4铰链5铰链6与活动的台体1连接。两根控制Z，Mx两个自由度Z方向连杆，即水平Z向平行布置两根连杆Z1，连杆Z2，一根控制Y一个自由度Y方向连杆即水平Y向中间布置一根连杆Y1，共六根连杆组成并联六连杆复位机构，6个连杆中两根连杆Z1，连杆Z2与台体分别通过铰链2、铰链3连接，推动台体的移动和转动，实现快速精确复位。当其中一个或多个杆进行运动时，其它连杆通过计算机在活动的台体的约束下实现联动控制，相对位置如图6所示。

实施例3：

实施例1或2所述的并联六连杆式风洞天平复位机构，所述的复位运动控制部分包括与所述的控制机计算机连接的多轴运动控制卡，所述的多轴运动控制卡连接所述的复位运动执行部分，所述的复位运动执行部分包括六台谐波减速器、一一对应连接六个连杆机构的六根滚珠丝杠，6台所述的测位传感器一一对应连接六个连杆机构。

实施例4：

风洞天平复位方法，其步骤为：当系统加载后加载梁产生偏移，激光位移传感器测得的加载梁偏移量，通过加载梁的变形通过激光跟踪仪控制器USB口传入控制计算机，控制计算机根据六根连杆的伸缩量；传入多轴运动控制卡，多轴运动控制卡对六根连杆的伸缩量进行插补，再传入六台伺服电机的驱动控制器，控制六台交流伺服电机按比例同时转动，然后通过多轴运动控制卡，六台谐波减速器、六根滚珠丝杠、驱动六根连杆的伸缩使加载梁复位偏移量减少，激光位移传感器再测得的加载梁偏移量，再次进行复位，当偏移量达到复位的精度要求复位结束。

实施例5：

实施例4所述的风洞天平复位方法，所述的控制六台交流伺服电机按比例同时转动过程中，六台高精度伺服电机驱动的六根并联连杆，三根X方向连杆控制X，My，Mz三个自由度，两根Z方向连杆控制Z，Mx两个自由度，一根Y方向控制Y一个自由度，当其中一个或多个杆进行运动时，其它杆进行联动控制。

实施例6：

  风洞天平复位方法，当系统加载后加载梁产生偏移，激光位移传感器测得的加载梁偏移量，通过控制器USB口传入控制计算机。控制计算机根据六根连杆的伸缩量。传入多轴运动控制卡，多轴运动控制卡对六根连杆的伸缩量进行插补，再传入六台伺服电机的驱动控制器，控制六台交流伺服电机按比例同时转动。然后通过多轴运动控制卡，六台谐波减速器、六根滚珠丝杠、驱动六根连杆的伸缩使加载梁复位偏移量减少。激光位移传感器再测得的加载梁偏移量，再次进行复位，当偏移量达到复位的精度要求复位结束。

Claims (5)

1.一种并联六连杆式风洞天平复位机构，其组成包括：控制计算机，其特征是：所述的控制计算机分别连接复位运动控制部分、变形及位置测量部分，所述的变形及位置测量部分包括测位传感器、所述的复位运动控制部分包括运动控制单元及复位保护单元、所述的复位运动控制部分连接复位运动执行部分、所述的控制计算机连接控制电机及复位保护单元，所述的测位传感器安装在测量天平即加载梁运动的位置，所述的测位传感器连接控制计算机；运动控制单元和控制电机，所述的测位传感器对应连接六个连杆机构，保护装置连接六个连杆机构及加载梁。

2.根据权利要求1所述的并联六连杆式风洞天平复位机构，其特征是：所述的六个连杆机构为六台高精度伺服电机驱动的六根并联连杆，其中竖直方向三角形布置X，My，Mz三个自由度的X方向连杆：连杆X1，连杆X2和连杆X3，两根控制Z，Mx两个自由度Z方向连杆，即水平Z向平行布置两根连杆Z1，连杆Z2，一根控制Y一个自由度Y方向连杆即水平Y向中间布置一根连杆Y1，共六根连杆组成并联六连杆复位机构，推动台体的移动和转动，实现快速精确复位。

3.根据权利要求1或2所述的并联六连杆式风洞天平复位机构，其特征是：所述的复位运动控制部分包括与所述的控制机计算机连接的多轴运动控制卡，所述的多轴运动控制卡连接所述的复位运动执行部分，所述的复位运动执行部分包括六台谐波减速器、一一对应连接六个连杆机构的六根滚珠丝杠，6台所述的测位传感器一一对应连接六个连杆机构。

4.一种风洞天平复位方法，其步骤为：当系统加载后加载梁产生偏移，其特征是：激光位移传感器测得的加载梁偏移量，通过加载梁的变形通过激光跟踪仪控制器USB口传入控制计算机，控制计算机根据六根连杆的伸缩量；传入多轴运动控制卡，多轴运动控制卡对六根连杆的伸缩量进行插补，再传入六台伺服电机的驱动控制器，控制六台交流伺服电机按比例同时转动，然后通过多轴运动控制卡，六台谐波减速器、六根滚珠丝杠、驱动六根连杆的伸缩使加载梁复位偏移量减少，激光位移传感器再测得的加载梁偏移量，再次进行复位，当偏移量达到复位的精度要求复位结束。

5.根据权利要求4所述的风洞天平复位方法，其特征是：所述的控制六台交流伺服电机按比例同时转动过程中，六台高精度伺服电机驱动的六根并联连杆，三根X方向连杆控制X，My，Mz三个自由度，两根Z方向连杆控制Z，Mx两个自由度，一根Y方向控制Y一个自由度，当其中一个或多个杆进行运动时，其它杆进行联动控制。

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