CN106737592A - 六维惯性力产生的高机动风洞试验末端位姿补偿法 - Google Patents

Abstract

一种六维惯性力产生的高机动风洞试验末端位姿补偿法，其能够通过获得一个六自由度机构的一个动平台及设置在该动平台的模型在各个速度下的惯性力的方式，获得各个连杆的变形，且基于各个该连杆的变形量获得各个该连杆在变形量的影响下的末端位姿，进而获得该六自由度机构的一个静平台上的各个滑块的位移量，并且通过对各个该滑块的位移量进行补偿，以补偿该动平台的误差。该发明的该六维惯性力产生的高机动风洞试验末端位姿补偿法在风洞试验的过程中能够快速地且高精度对该动平台的位姿误差进行补偿，从而有利于保证风洞试验的精确度和可靠性。

Description

六维惯性力产生的高机动风洞试验末端位姿补偿法

技术领域

本发明涉及一种在六维惯性力作用下的末端位姿补偿方法，尤其是涉及一种六维惯性力产生的高机动风洞试验末端位姿补偿法。

背景技术

高机动风洞试验，是在高机动风洞开展各类飞行器高机动过失速试验研究。开展高机动风洞试验，需要一套安装于风洞内部、由计算机控制的六自由度机构，用以支撑试验模型，将试验模型连接至六自由度机构末端处，并提供六自由度(轴向X、侧向Y、法向Z、俯仰α、偏航β和滚转γ)运动功能。为了满足高机动试验要求，高机动风洞试验六自由度机构需要具有较大的运动范围，较高的承载能力和运动精度，能以最快的速度达到指定位置。这就对六自由度机构提出了较高的定位精度。但因材料本身具有的弹性变形特性，故会对末端模型姿态产生一定的误差。因此，本发明提供一种六维惯性力产生的高机动风洞试验末端位姿补偿法，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种六维惯性力产生的高机动风洞试验末端位姿补偿法。为了达到这一目的，本发明采用的技术方式是，该六维惯性力产生的高机动风洞试验末端位姿补偿法包括步骤：

1、求得末端动平台及模型各速度下的惯性力F_x、F_y、F_z、M_x、M_y、M_z；

2、求得末端动平台及模型的惯性力作用下各个杆件的变形量；

3、求得末端在各杆件变形量影响下的位姿；

4、根据末端位姿，由运动学逆解方法求得经平台各个滑块的位移量；

5、由各个滑块的位移量，对末端位姿的误差进行补偿。

本发明进一步提供一种六维惯性力产生的高机动风洞试验末端位姿补偿法，其中该六维惯性力产生的高机动风洞试验末端位姿补偿法包括如下步骤：

步骤1：获得一个六自由度机构的一个动平台及设置在该动平台的模型在各个速度下的惯性力；

步骤2：获得该六自由度机构的该动平台和该模型在惯性力的作用下，该六自由度机构的各个连杆的变形量；

步骤3：根据各个该连杆的变形量，获得各个该连杆在变形影响下的末端位姿；

步骤4：根据该六自由度机构的末端位姿，获得设置在该六自由度机构的一个静平台的各个滑块的位移量；

步骤5：对各个该滑块的位移量进行补偿，以对该动平台的误差进行补偿。

作为对本发明的该六维惯性力产生的高机动风洞试验末端位姿补偿法的进一步优选的实施例，各个该滑块分别可移动地设置于该静平台，各个该连杆的两端部分别通过一个球铰连接于各个该滑块和该动平台，以形成该六自由度机构。

作为对本发明的该六维惯性力产生的高机动风洞试验末端位姿补偿法的进一步优选的实施例，该连杆的数量是六个、该滑块的数量是六个，该球铰的数量是十二个。

作为对本发明的该六维惯性力产生的高机动风洞试验末端位姿补偿法的进一步优选的实施例，在该步骤4中，根据该六自由度机构的末端位姿，由运动学逆解方法获得该静平台上的各个该滑块的位移量。

本发明的该六维惯性力产生的高机动风洞试验末端位姿补偿法的优势在于：

该六维惯性力产生的高机动风洞试验末端位姿补偿法能够通过获得一个六自由度机构的一个动平台及设置在该动平台的模型在各个速度下的惯性力的方式，获得各个连杆的变形，且基于各个该连杆的变形量获得各个该连杆在变形量影响下的末端位姿，由运动学逆解进而获得该六自由度机构的一个静平台上的各个滑块的位移量，并且通过对各个该滑块的位移量进行补偿，以补偿该动平台的误差。该发明的该六维惯性力产生的高机动风洞试验末端位姿补偿法在风洞试验的过程中能够快速地且高精度对该动平台的位姿误差进行补偿，从而有利于保证风洞试验的精确度和可靠性。

附图说明

为了获得本发明的上述和其他优点和特点，以下将参照附图中所示的本发明的具体实施例对以上概述的本发明进行更具体的说明。应理解的是，这些附图仅示出了本发明的典型实施例，因此不应被视为对本发明的范围的限制，通过使用附图，将对本发明进行更具体和更详细的说明和阐述。在附图中：

图1是一个六自由度机构的结构简图。

图2是该发明的六维惯性力产生的高机动风洞试验末端位姿补偿法的流程图。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

图1示出了一个六自由度机构，该发明提供的一个六维惯性力产生的高机动风洞试验末端位姿补偿法，是针对该六自由度机构的末端误差进行补偿，以保证风洞试验的精度和可靠性。

如图1所示，该六自由度机构包括一个静平台1、一个动平台2、六个连杆3、六个滑块4以及两组球铰5，其中各个该滑块4分别位于该静平台1的两个轨道上，通过该球铰5与各个该连杆3连接，该连杆3的另一端也设置了该球铰5，分别固定在该动平台2。运动时模型固定到该动平台2上，并且模型随着该动平台2做各种姿态调整。该六自由度机构通过调整该静平台1上的各个该滑块4的位置实现模型的各种位姿。

该六自由度机构的末端的该动平台2所受惯性力F＝(F_x、F_y、F_z、M_x、M_y、M_z)，因六个该连杆3均为二力杆，模型及该动平台2对六个该连杆3的作用力

分别为F_i(i＝1，2，3...6)，对该动平台2做受力分析，如下：

求出F_i(i＝1，2，3...6)，则根据胡克定律可得该连杆3的长度变量其中l为该连杆3的杆长参数，E为该连杆3的材料弹性模量参数，A为该连杆3的横截面积参数，由此可得该动平台2的位姿(X，Y，Z，α，β，γ)。

对该六自由度机构位置进行逆解，求出各个该滑块4的位置。如图1所示，在该静平台1和该动平台2上分别建立固定坐标系OXYZ和连体坐标系O_iX_iY_iZ_i，该动平台2的位姿用广义坐标(X，Y，Z，α，β，γ)来表示。其中(X，Y，Z)是连体坐标系的原点O_i在固定坐标系下的坐标参数，(α，β，γ)是表示该动平台2的姿态，其含义是将动坐标系从当前姿态依次绕固定坐标系的Z轴旋转β角，再绕固定坐标系的Y轴旋转α角，最后绕固定坐标系的X轴旋转γ角，从而达到与固定坐标系相重合的姿态。由于此过程采用的是偏航β、俯仰α和滚转γ的变换顺序，因此，从该动平台2坐标系O_iX_iY_iZ_i到固定坐标系OXYZ的旋转矩阵为：

则有动坐标系到固定坐标系的齐次变换矩阵：

其中：P＝[X Y Z]^T。

由图1知，可以建立并联机构的运动方程为：

其中：X＝[X，Y，Z，β，α，γ]是该动平台2位姿，S_i＝[S_ix S_iy S_iz]和B_i＝[B_ix B_iy B_iz]分别表示上下铰链点在固定坐标系下的坐标向量。

对公式(1.1)进行变换可以得到该六自由度机构的该滑块4的位置：

然后驱动电机对该滑块4的误差进行补偿，即可补偿该动平台2的位姿误差。

如图2，本发明进一步提供一种六维惯性力产生的高机动风洞试验末端位姿补偿法，以对该六自由度机构的该动平台2在风洞试验中的误差进行补偿，具体地说，该六维惯性力产生的高机动风洞试验末端位姿补偿法包括如下步骤：

步骤1：获得一个六自由度机构的一个动平台2及设置在该动平台2的模型在各个速度下的惯性力；

步骤2：获得该六自由度机构的该动平台2和该模型在惯性力的作用下，该六自由度机构的各个连杆3的变形量；

步骤3：根据各个该连杆3的变形量，获得各个该连杆3在变形影响下的末端位姿；

步骤4：根据该六自由度机构的末端位姿，获得设置在该六自由度机构的一个静平台1的各个滑块4的位移量；和

步骤5：对各个该滑块4的位移量进行补偿，以对该动平台2的误差进行补偿。

优选地，各个该滑块4分别可移动地设置于该静平台1，各个该连杆3的两端部分别通过两组球铰5连接于各个该滑块4和该动平台2，以形成该六自由度机构。更优选地，该连杆3的数量是六个、该滑块4的数量是六个，该球铰5的数量是十二个。

优选地，在该步骤4中，根据该六自由度机构的各个该连杆3的位姿，由运动学逆解方法获得该静平台1上的各个该滑块4的位移量。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但该内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (4)

1.一种六维惯性力产生的高机动风洞试验末端位姿补偿法，其特征在于，该六维惯性力产生的高机动风洞试验末端位姿补偿法包括如下步骤：

步骤1：获得一个六自由度机构的一个动平台及设置在该动平台的模型在各个速度下的惯性力；

步骤2：获得该六自由度机构的该动平台和该模型在惯性力的作用下，该六自由度机构的各个连杆的变形量；

步骤3：根据各个该连杆的变形量，获得各个该连杆在变形影响下的末端位姿；

步骤4：根据该六自由度机构的末端位姿，获得设置在该六自由度机构的一个静平台的各个滑块的位移量；和

步骤5：对各个该滑块的位移量进行补偿，以对该动平台的误差进行补偿。

2.如权利要求1所述的一种六维惯性力产生的高机动风洞试验末端位姿补偿法，其特征在于，各个该滑块分别可移动地设置于该静平台，各个该连杆的两端部分别通过一个球铰连接于各个该滑块和该动平台，以形成该六自由度机构。

3.如权利要求2所述的一种六维惯性力产生的高机动风洞试验末端位姿补偿法，其特征在于，该连杆的数量是六个、该滑块的数量是六个，该球铰的数量是十二个。

4.如权利要求1、2或3中任意一个所述的一种六维惯性力产生的高机动风洞试验末端位姿补偿法，其特征在于，在该步骤4中，根据该六自由度机构的各个该连杆的位姿，由运动学逆解方法获得该静平台上的各个该滑块的位移量。