[发明专利]一种面向飞机大部件调姿机构工作空间求解方法

说明书

本发明公开了一种面向飞机大部件调姿机构工作空间求解方法，利用PPPS机构运动学逆解算法建立定位器位置和位姿参数的关系，然后根据定位行程约束建立PPPS机构的约束条件，通过小角度条件下方向余弦矩阵简化方法将高维非线性约束条件转换为六维线性约束条件，即可求解出姿态参数的取值范围，进而确定了PPPS机构的可调空间范围，大大提高了飞机大部件调姿的PPPS机构工作空间求解的工作效率。

技术领域

本发明属于飞机大部件调姿的技术领域，具体涉及一种面向飞机大部件调姿机构工作空间求解方法。

背景技术

PPPS串并联机构具备结构简单、承载能力强、精度高、工作性能稳定可靠等优点，是目前应用最广泛的飞机大部件姿态调整机构。PPPS调姿机构是由不少于3个定位器与大部件组成的并联机构，大部件外形尺寸的大小决定了定位器的数量，每个定位器是由3个相互正交的移动副组成的串联装置，定位器与大部件通过球铰连接。

PPPS机构的缺陷在于灵活度较差以及工作空间较小，工作空间作为调姿机构的基本性能参数，是调姿机构是否满足调姿要求的先决条件，而且在某些特殊应用场合下需要掌握调姿机构的极限工作空间，比如某些后掠角较大的中央翼在上架时，为了方便吊车操作通常将定位器调整到中央翼前缘与后掠角反方向的接近极限位置，因此工作空间分析对调姿机构的设计和工程应用都有非常重要的意义。当前的研究集中在铰接点的布局以及定位器行程对调姿机构的工作空间的影响等问题，但只是对工作空间进行定性地分析，而没有进行解析求解，因此本发明提出一种调姿机构工作空间的求解方法，直接求解出大部件的可调姿态范围。

发明内容

本发明的目的在于提供一种面向飞机大部件调姿机构工作空间求解方法，直接求解出大部件的可调姿态范围，大大提高飞机大部件调姿的PPPS机构工作空间求解的工作效率。

本发明通过下述技术方案实现：

一种面向飞机大部件调姿机构工作空间求解方法，包括以下步骤：

步骤1、建立定位器坐标系，定位器坐标系为x₀-y₀-z₀-O，确定调姿铰接点在定位器坐标系中的定位器坐标，根据定位器坐标确定定位器的行程，定位器的行程包括最小行程和最大行程；

步骤2、建立全机坐标系，全机坐标系为x-y-z-O，确定调姿铰接点在全机坐标系中的初始位置矢量、初始姿态参数、全机定位器坐标，并通过初始位置矢量、初始姿态参数、全机定位器坐标建立调姿机构的位姿约束条件；

调姿铰接点在全机坐标系中的初始位置矢量通过激光跟踪仪直接测量得到，初始姿态参数包括初始旋转参数和初始平移参数，初始位姿参数通过在飞机大部件上建立若干位姿基准点，并测量得到位姿基准点的理论坐标和测量坐标，然后通过之间的旋转关系和平移关系得到初始旋转参数和初始平移参数，进而得到初始姿态参数。然后结合步骤1中得到的定位器的行程，即可得到调姿铰接点在全机坐标系中进行位姿调节的约束条件。

步骤3、根据调姿运动学逆解公式和约束条件确定调姿机构的位姿约束空间，根据调姿运动学逆解公式，即可得到调姿铰接点在全机坐标系中的坐标与相应的旋转参数以及平移参数之间的关系，通过联立调姿运动学逆解公式和约束条件，即可得到最终姿态参数与初始姿态参数之间的关系。

步骤4、对初始姿态参数进行简化得到简化姿态参数，并通过简化姿态参数和位姿约束空间计算出飞机大部件PPPS机构在定位器行程约束条件下的姿态角参数可调范围。

直接建立的最终姿态参数与初始姿态参数之间的关系为高维非线性不逢时，难以进行直接数值解析，因此需要对初始姿态参数进行简化得到简化姿态参数，然后通过简化姿态参数计算得出最终姿态参数，进而得到飞机大部件PPPS机构在定位器行程约束条件下的姿态角参数可调范围。