本發(fā)明涉及一種在六維慣性力作用下的末端位姿補(bǔ)償方法，尤其是涉及一種六維慣性力產(chǎn)生的高機(jī)動(dòng)風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)┒宋蛔搜a(bǔ)償法。

背景技術(shù)：

高機(jī)動(dòng)風(fēng)洞試驗(yàn)，是在高機(jī)動(dòng)風(fēng)洞開(kāi)展各類飛行器高機(jī)動(dòng)過(guò)失速試驗(yàn)研究。開(kāi)展高機(jī)動(dòng)風(fēng)洞試驗(yàn)，需要一套安裝于風(fēng)洞內(nèi)部、由計(jì)算機(jī)控制的六自由度機(jī)構(gòu)，用以支撐試驗(yàn)?zāi)Ｐ停瑢⒃囼?yàn)?zāi)Ｐ瓦B接至六自由度機(jī)構(gòu)末端處，并提供六自由度(軸向X、側(cè)向Y、法向Z、俯仰α、偏航β和滾轉(zhuǎn)γ)運(yùn)動(dòng)功能。為了滿足高機(jī)動(dòng)試驗(yàn)要求，高機(jī)動(dòng)風(fēng)洞試驗(yàn)六自由度機(jī)構(gòu)需要具有較大的運(yùn)動(dòng)范圍，較高的承載能力和運(yùn)動(dòng)精度，能以最快的速度達(dá)到指定位置。這就對(duì)六自由度機(jī)構(gòu)提出了較高的定位精度。但因材料本身具有的彈性變形特性，故會(huì)對(duì)末端模型姿態(tài)產(chǎn)生一定的誤差。因此，本發(fā)明提供一種六維慣性力產(chǎn)生的高機(jī)動(dòng)風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)┒宋蛔搜a(bǔ)償法，以解決上述問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種六維慣性力產(chǎn)生的高機(jī)動(dòng)風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)┒宋蛔搜a(bǔ)償法。為了達(dá)到這一目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方式是，該六維慣性力產(chǎn)生的高機(jī)動(dòng)風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)┒宋蛔搜a(bǔ)償法包括步驟：

1、求得末端動(dòng)平臺(tái)及模型各速度下的慣性力F_x、F_y、F_z、M_x、M_y、M_z；

2、求得末端動(dòng)平臺(tái)及模型的慣性力作用下各個(gè)桿件的變形量；

3、求得末端在各桿件變形量影響下的位姿；

4、根據(jù)末端位姿，由運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解方法求得經(jīng)平臺(tái)各個(gè)滑塊的位移量；

5、由各個(gè)滑塊的位移量，對(duì)末端位姿的誤差進(jìn)行補(bǔ)償。

本發(fā)明進(jìn)一步提供一種六維慣性力產(chǎn)生的高機(jī)動(dòng)風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)┒宋蛔搜a(bǔ)償法，其中該六維慣性力產(chǎn)生的高機(jī)動(dòng)風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)┒宋蛔搜a(bǔ)償法包括如下步驟：

步驟1：獲得一個(gè)六自由度機(jī)構(gòu)的一個(gè)動(dòng)平臺(tái)及設(shè)置在該動(dòng)平臺(tái)的模型在各個(gè)速度下的慣性力；

步驟2：獲得該六自由度機(jī)構(gòu)的該動(dòng)平臺(tái)和該模型在慣性力的作用下，該六自由度機(jī)構(gòu)的各個(gè)連桿的變形量；

步驟3：根據(jù)各個(gè)該連桿的變形量，獲得各個(gè)該連桿在變形影響下的末端位姿；

步驟4：根據(jù)該六自由度機(jī)構(gòu)的末端位姿，獲得設(shè)置在該六自由度機(jī)構(gòu)的一個(gè)靜平臺(tái)的各個(gè)滑塊的位移量；

步驟5：對(duì)各個(gè)該滑塊的位移量進(jìn)行補(bǔ)償，以對(duì)該動(dòng)平臺(tái)的誤差進(jìn)行補(bǔ)償。

作為對(duì)本發(fā)明的該六維慣性力產(chǎn)生的高機(jī)動(dòng)風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)┒宋蛔搜a(bǔ)償法的進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施例，各個(gè)該滑塊分別可移動(dòng)地設(shè)置于該靜平臺(tái)，各個(gè)該連桿的兩端部分別通過(guò)一個(gè)球鉸連接于各個(gè)該滑塊和該動(dòng)平臺(tái)，以形成該六自由度機(jī)構(gòu)。

作為對(duì)本發(fā)明的該六維慣性力產(chǎn)生的高機(jī)動(dòng)風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)┒宋蛔搜a(bǔ)償法的進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施例，該連桿的數(shù)量是六個(gè)、該滑塊的數(shù)量是六個(gè)，該球鉸的數(shù)量是十二個(gè)。

作為對(duì)本發(fā)明的該六維慣性力產(chǎn)生的高機(jī)動(dòng)風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)┒宋蛔搜a(bǔ)償法的進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施例，在該步驟4中，根據(jù)該六自由度機(jī)構(gòu)的末端位姿，由運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解方法獲得該靜平臺(tái)上的各個(gè)該滑塊的位移量。

本發(fā)明的該六維慣性力產(chǎn)生的高機(jī)動(dòng)風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)┒宋蛔搜a(bǔ)償法的優(yōu)勢(shì)在于：

該六維慣性力產(chǎn)生的高機(jī)動(dòng)風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)┒宋蛔搜a(bǔ)償法能夠通過(guò)獲得一個(gè)六自由度機(jī)構(gòu)的一個(gè)動(dòng)平臺(tái)及設(shè)置在該動(dòng)平臺(tái)的模型在各個(gè)速度下的慣性力的方式，獲得各個(gè)連桿的變形，且基于各個(gè)該連桿的變形量獲得各個(gè)該連桿在變形量影響下的末端位姿，由運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解進(jìn)而獲得該六自由度機(jī)構(gòu)的一個(gè)靜平臺(tái)上的各個(gè)滑塊的位移量，并且通過(guò)對(duì)各個(gè)該滑塊的位移量進(jìn)行補(bǔ)償，以補(bǔ)償該動(dòng)平臺(tái)的誤差。該發(fā)明的該六維慣性力產(chǎn)生的高機(jī)動(dòng)風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)┒宋蛔搜a(bǔ)償法在風(fēng)洞試驗(yàn)的過(guò)程中能夠快速地且高精度對(duì)該動(dòng)平臺(tái)的位姿誤差進(jìn)行補(bǔ)償，從而有利于保證風(fēng)洞試驗(yàn)的精確度和可靠性。

附圖說(shuō)明

為了獲得本發(fā)明的上述和其他優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)，以下將參照附圖中所示的本發(fā)明的具體實(shí)施例對(duì)以上概述的本發(fā)明進(jìn)行更具體的說(shuō)明。應(yīng)理解的是，這些附圖僅示出了本發(fā)明的典型實(shí)施例，因此不應(yīng)被視為對(duì)本發(fā)明的范圍的限制，通過(guò)使用附圖，將對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更具體和更詳細(xì)的說(shuō)明和闡述。在附圖中：

圖1是一個(gè)六自由度機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。

圖2是該發(fā)明的六維慣性力產(chǎn)生的高機(jī)動(dòng)風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)┒宋蛔搜a(bǔ)償法的流程圖。

具體實(shí)施方式

以下描述用于揭露本發(fā)明以使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明。以下描述中的優(yōu)選實(shí)施例只作為舉例，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到其他顯而易見(jiàn)的變型。在以下描述中界定的本發(fā)明的基本原理可以應(yīng)用于其他實(shí)施方案、變形方案、改進(jìn)方案、等同方案以及沒(méi)有背離本發(fā)明的精神和范圍的其他技術(shù)方案。

圖1示出了一個(gè)六自由度機(jī)構(gòu)，該發(fā)明提供的一個(gè)六維慣性力產(chǎn)生的高機(jī)動(dòng)風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)┒宋蛔搜a(bǔ)償法，是針對(duì)該六自由度機(jī)構(gòu)的末端誤差進(jìn)行補(bǔ)償，以保證風(fēng)洞試驗(yàn)的精度和可靠性。

如圖1所示，該六自由度機(jī)構(gòu)包括一個(gè)靜平臺(tái)1、一個(gè)動(dòng)平臺(tái)2、六個(gè)連桿3、六個(gè)滑塊4以及兩組球鉸5，其中各個(gè)該滑塊4分別位于該靜平臺(tái)1的兩個(gè)軌道上，通過(guò)該球鉸5與各個(gè)該連桿3連接，該連桿3的另一端也設(shè)置了該球鉸5，分別固定在該動(dòng)平臺(tái)2。運(yùn)動(dòng)時(shí)模型固定到該動(dòng)平臺(tái)2上，并且模型隨著該動(dòng)平臺(tái)2做各種姿態(tài)調(diào)整。該六自由度機(jī)構(gòu)通過(guò)調(diào)整該靜平臺(tái)1上的各個(gè)該滑塊4的位置實(shí)現(xiàn)模型的各種位姿。

該六自由度機(jī)構(gòu)的末端的該動(dòng)平臺(tái)2所受慣性力F＝(F_x、F_y、F_z、M_x、M_y、M_z)，因六個(gè)該連桿3均為二力桿，模型及該動(dòng)平臺(tái)2對(duì)六個(gè)該連桿3的作用力

分別為F_i(i＝1，2，3...6)，對(duì)該動(dòng)平臺(tái)2做受力分析，如下：

求出F_i(i＝1，2，3...6)，則根據(jù)胡克定律可得該連桿3的長(zhǎng)度變量其中l(wèi)為該連桿3的桿長(zhǎng)參數(shù)，E為該連桿3的材料彈性模量參數(shù)，A為該連桿3的橫截面積參數(shù)，由此可得該動(dòng)平臺(tái)2的位姿(X，Y，Z，α，β，γ)。

對(duì)該六自由度機(jī)構(gòu)位置進(jìn)行逆解，求出各個(gè)該滑塊4的位置。如圖1所示，在該靜平臺(tái)1和該動(dòng)平臺(tái)2上分別建立固定坐標(biāo)系OXYZ和連體坐標(biāo)系O_iX_iY_iZ_i，該動(dòng)平臺(tái)2的位姿用廣義坐標(biāo)(X，Y，Z，α，β，γ)來(lái)表示。其中(X，Y，Z)是連體坐標(biāo)系的原點(diǎn)O_i在固定坐標(biāo)系下的坐標(biāo)參數(shù)，(α，β，γ)是表示該動(dòng)平臺(tái)2的姿態(tài)，其含義是將動(dòng)坐標(biāo)系從當(dāng)前姿態(tài)依次繞固定坐標(biāo)系的Z軸旋轉(zhuǎn)β角，再繞固定坐標(biāo)系的Y軸旋轉(zhuǎn)α角，最后繞固定坐標(biāo)系的X軸旋轉(zhuǎn)γ角，從而達(dá)到與固定坐標(biāo)系相重合的姿態(tài)。由于此過(guò)程采用的是偏航β、俯仰α和滾轉(zhuǎn)γ的變換順序，因此，從該動(dòng)平臺(tái)2坐標(biāo)系O_iX_iY_iZ_i到固定坐標(biāo)系OXYZ的旋轉(zhuǎn)矩陣為：

則有動(dòng)坐標(biāo)系到固定坐標(biāo)系的齊次變換矩陣：

其中：P＝[X Y Z]^T。

由圖1知，可以建立并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方程為：

其中：X＝[X，Y，Z，β，α，γ]是該動(dòng)平臺(tái)2位姿，S_i＝[S_ix S_iy S_iz]和B_i＝[B_ix B_iy B_iz]分別表示上下鉸鏈點(diǎn)在固定坐標(biāo)系下的坐標(biāo)向量。

對(duì)公式(1.1)進(jìn)行變換可以得到該六自由度機(jī)構(gòu)的該滑塊4的位置：

然后驅(qū)動(dòng)電機(jī)對(duì)該滑塊4的誤差進(jìn)行補(bǔ)償，即可補(bǔ)償該動(dòng)平臺(tái)2的位姿誤差。

如圖2，本發(fā)明進(jìn)一步提供一種六維慣性力產(chǎn)生的高機(jī)動(dòng)風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)┒宋蛔搜a(bǔ)償法，以對(duì)該六自由度機(jī)構(gòu)的該動(dòng)平臺(tái)2在風(fēng)洞試驗(yàn)中的誤差進(jìn)行補(bǔ)償，具體地說(shuō)，該六維慣性力產(chǎn)生的高機(jī)動(dòng)風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)┒宋蛔搜a(bǔ)償法包括如下步驟：

步驟1：獲得一個(gè)六自由度機(jī)構(gòu)的一個(gè)動(dòng)平臺(tái)2及設(shè)置在該動(dòng)平臺(tái)2的模型在各個(gè)速度下的慣性力；

步驟2：獲得該六自由度機(jī)構(gòu)的該動(dòng)平臺(tái)2和該模型在慣性力的作用下，該六自由度機(jī)構(gòu)的各個(gè)連桿3的變形量；

步驟3：根據(jù)各個(gè)該連桿3的變形量，獲得各個(gè)該連桿3在變形影響下的末端位姿；

步驟4：根據(jù)該六自由度機(jī)構(gòu)的末端位姿，獲得設(shè)置在該六自由度機(jī)構(gòu)的一個(gè)靜平臺(tái)1的各個(gè)滑塊4的位移量；和

步驟5：對(duì)各個(gè)該滑塊4的位移量進(jìn)行補(bǔ)償，以對(duì)該動(dòng)平臺(tái)2的誤差進(jìn)行補(bǔ)償。

優(yōu)選地，各個(gè)該滑塊4分別可移動(dòng)地設(shè)置于該靜平臺(tái)1，各個(gè)該連桿3的兩端部分別通過(guò)兩組球鉸5連接于各個(gè)該滑塊4和該動(dòng)平臺(tái)2，以形成該六自由度機(jī)構(gòu)。更優(yōu)選地，該連桿3的數(shù)量是六個(gè)、該滑塊4的數(shù)量是六個(gè)，該球鉸5的數(shù)量是十二個(gè)。

優(yōu)選地，在該步驟4中，根據(jù)該六自由度機(jī)構(gòu)的各個(gè)該連桿3的位姿，由運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解方法獲得該靜平臺(tái)1上的各個(gè)該滑塊4的位移量。

以上對(duì)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，但該內(nèi)容僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，不能被認(rèn)為用于限定本發(fā)明的實(shí)施范圍。凡依本發(fā)明申請(qǐng)范圍所作的均等變化與改進(jìn)等，均應(yīng)仍歸屬于本發(fā)明的專利涵蓋范圍之內(nèi)。