[发明专利]浮球平台液浮式球体配重方法

摘要

本发明提供了一种浮球平台液浮式球体配重方法，以实现球体在液体中所受重力与浮力相等，质心与球心重合。首先，根据球体结构进行质量配重，使球体重力接近浮力，然后在球体漂浮情况下利用外挂重物进行质心检测，计算出球体的质心位置和最大重力矩，最后根据球体质心位置对所配重量进行调整，并计算得出球体各坐标轴上需要调整的质量，使质心尽量靠近球心，使球体最大重力矩小于设定阈值。本发明提供方法能够适应不同密度的液体；外部辅助设备只需一块检测重物即可实现对球体重心的调整，操作简单；能够定量计算出质心位置和最大偏心距，便于球体的动力学建模。

主权项

1.一种浮球平台液浮式球体配重方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S100：计算球体悬浮质量M_d和配重物质量ΔM₀后，根据所得配重物质量ΔM₀对球体进行初始配重，使得初始配重后球体质量与球体悬浮质量的差值小于质量误差限且球体处于漂浮状态；步骤S200：采用在球体上悬挂重物法检测球体质心位置(ε_MOpt,θ_XOptE,θ_YOptE,θ_ZOptE)，根据所得球体质心的位置计算出球体坐标系中的坐标：其中，r_cx为增加调整质量前质心在球体坐标系中的X轴坐标，r_cy为增加调整质量前质心在球体坐标系中的Y轴坐标，r_cz为增加调整质量前质心在球体坐标系中的Z轴坐标，ε_MOpt为球体的质心偏心距，根据配重前后球体平衡方程计算得到球体各轴上所需的调整质量：其中，m_x为X轴上的调整质量，m_Y为Y轴上的调整质量，m_Z为Z轴上的调整质量，M为球体初始配重后总质量，R为球体半径；步骤S300：在球体各轴上增加调整质量进行调整配重，每次调整配重后均判断球体所产生的最大重力矩是否满足公式(3)，如果不满足则重复步骤S200，M_MaxG≤αM_MaxC  (3)其中，M_MaxG＝Mg·ε_MOpt为最大重力矩，M_MaxC为最大控制力矩，α为控制力矩的比例系数，如果满足公式(3)则调整配重结束；所述步骤S200中采用悬挂重物方法检测球体质心位置按以下步骤进行：步骤S210：球体在液体中自然静止，确定坐标轴朝上的顺序，按朝上的坐标轴，从上到下依次编号，同时记录朝上的挂点是该轴的正向还是负向，在每条坐标轴与球体表面相交处有一挂点，可用于悬挂检测重物，检测重物重量小于球体浮力与重力的差值，按照确定的坐标轴朝上的顺序，依次在每个轴朝上的挂点挂上检测重物，待球体静止后，若挂点仍然朝上，则将挂点反方向的配重质量移到挂点配重腔内，直到挂上重物后球体静止时挂点朝下；步骤S220：球体悬挂检测重物静止后，测量挂点与球心的水平距离为l，球体对球心O满足如下平衡方程：其中，为平衡时X轴、Y轴或Z轴分别与水平面的夹角,其中R为球体半径，根据的取值范围可确定由(4)式可得到各轴的球体的质心偏心距ε_M和质心偏心距分别与各轴的夹角θ组合，m为检测重物质量；在Y轴和Z轴上分别重复步骤S220，分别得到X，Y，Z轴满足方程(4)的质心偏心距及与该轴的夹角(ε_MX,θ_X)，(ε_MY,θ_Y)，(ε_MZ,θ_Z)，选取其中满足ε_MX＝ε_MY＝ε_MZ＝ε_MOpt的组合，筛选出cos²θ_X+cos²θ_Y+cos²θ_Z最接近1的组合(θ_XOpt,θ_YOpt,θ_ZOpt)，再考虑检测重物挂点所在坐标轴上的正负，将质心偏心距ε_MOpt与坐标轴的夹角均修正为与坐标轴正向的夹角，X轴上：其中，sgn(X)在X轴上挂点的正负，按下式定义：Y轴和Z轴上也按公式(4)～(6)进行处理，得到球体质心的位置(ε_MOpt,θ_XOptE,θ_YOptE,θ_ZOptE)。