[发明专利]一种连续在轨运动的六自由度捕获轨迹试验方法

摘要

本发明公开了一种连续在轨运动的六自由度捕获轨迹试验方法，所述试验方法利用测力天平测得的分离体模型气动力，求解全尺寸分离体动力学方程组，得到全尺寸分离体的飞行轨迹，再通过天地转换、速度缩比，得到风洞坐标系下分离体模型的运动轨迹，最后利用六自由度机构带动分离体模型按需要的轨迹运动，在分离体模型运动过程中，提前测量天平数据，求解全尺寸分离体动力学方程组，并规划下一段运动轨迹。该试验方法无需暂停运动进行信号测量和数据计算，使得整个分离体模型的运动轨迹无间歇，并能确保分离体模型始终保持在真实轨迹上，提高了试验精度，增大了试验数据量，缩短了捕获轨迹试验时间，降低了试验成本。

主权项

1.一种连续在轨运动的六自由度捕获轨迹试验方法，其特征在于：所述的试验方法使用的试验设备包括上位计算机、下位计算机、电机驱动器、电机、六自由度机构、位置传感器、速度传感器和测力天平；所述的电机驱动器包括X1轴电机驱动器、X2轴电机驱动器、Y轴电机驱动器、Z1轴电机驱动器、Z2轴电机驱动器、α轴电机驱动器、β轴电机驱动器和γ轴电机驱动器；所述的电机包括与电机驱动器对应的X1轴电机、X2轴电机、Y轴电机、Z1轴电机、Z2轴电机、α轴电机、β轴电机和γ轴电机；所述的电机轴上安装有绝对式编码器，绝对式编码器将采集的数据处理成位置和速度信息，绝对式编码器具有位置传感器和速度传感器的双重功能；其连接关系是，所述的上位计算机、下位计算机和电机驱动器通过网线连接，电机驱动器和电机通过信号线和动力线连接，位置传感器、速度传感器和下位计算机通过信号线连接、测力天平和下位计算机通过信号线连接；分离体模型内部安装有测力天平，测力天平的支杆与六自由度机构固定连接；所述的电机驱动器驱动电机控制六自由度机构通过测力天平的支杆带动分离体模型运动；所述的上位计算机安装有人机互动程序，人机互动程序用于读取试验参数和保存数据、触发试验、显示当前速度和位置、显示天平信号；所述的下位计算机安装有PLC软件，用于实时控制电机运动，并在PLC软件内编写捕获轨迹试验的程序；所述的位置传感器检测分离体模型的运行位置信号，并将其传送至下位计算机；所述的速度传感器检测分离体模型的运行速度信号，并将其传送至下位计算机；所述的测力天平测量分离体模型的气动力，并将其传送至下位计算机；所述的连续在轨运动的六自由度捕获轨迹试验方法包括以下步骤：1a.通过上位计算机人机交互界面输入与试验相关的测力天平系数、气动解算参数、轨迹运行段数 m、每段轨迹中的轨迹点数n，模型几何缩比尺，速度变换尺度，单段轨迹运动完成时间，提前解算时间，天平延时时间，读取天平数据时间；输入六自由度机构运动学逆解矩阵R₁，输入六自由度机构空间的速度映射到关节空间的雅克比矩阵R₂；1b.通过下位机计算机PLC软件控制电机运动，将分离体模型运动至初始位姿（），并设置解算的轨迹段数i=0；1c.判断当前解算的轨迹段数i是否为0，如果i=0，下位机计算机采集测力天平测量的分离体模型所受的力和力矩；如果i≠0，下位机计算机采集第i段轨迹在（t1‑t2‑t3）至（t1‑t2）时间范围内天平测量分离体模型所受的力和力矩，并计算力和力矩的平均值；1d. 下位机计算机计算全尺寸分离体所受的力和力矩；1e.通过微分方程组数值算法解算全尺寸分离体动力学方程组，获得第（i+1）段轨迹上n个轨迹点的位姿与速度；1f.通过天地转换方法，获得风洞坐标系下分离体模型相应的n个轨迹点的位姿与速度；1g.通过速度缩比与运动学逆解方法，获得分离体模型对应这n个轨迹点位姿与速度的各电机转角与转速；1h.利用各电机转角与转速，通过电机运动曲线规划方法，规划各电机的运动曲线；1i.已解算的轨迹段数i=i+1；1j.判断此时i是否为1，如果i=1，则按第i段轨迹运动，如果i≠1，则等待第（i‑1）段轨迹运动完成后，再按第i段轨迹运动；1k.当第i段轨迹运动时间，满足时，判断i是否小于轨迹运行段数m，如果i≤m则回到步骤1c,如果i＞m则等待第i段轨迹运动完成后输出轨迹，结束试验。