[發(fā)明專利]基于3-2-1隨動式定位器的飛機部件位姿調(diào)整方法

無效

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• 申請日: 2011-12-06
• 公開（公告）號: CN102514724A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發(fā)明（設計）人: 黃翔;陳磊;李瀧杲;方偉
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學;上海飛機制造有限公司
• 主分類號: B64F5/00
• 分類號: B64F5/00
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

技術領域

本發(fā)明涉及一種飛機部件位姿調(diào)整方法，更具體地是一種基于3-2-1隨動式定位器的飛機部件位姿調(diào)整方法。

技術背景

傳統(tǒng)飛機大部件對接裝配(機身前中后段對接、機翼機身對接等)，采用手動式定位器支撐飛機部件和光學輔助定位的方法，實現(xiàn)部件的位姿調(diào)整。這種方式由于完全依賴于人工經(jīng)驗和手動操作，勞動強度大，調(diào)姿效率低，調(diào)姿精度難以保證。為克服傳統(tǒng)飛機部件調(diào)姿方法不足，結合高精度測量設備(激光跟蹤測量儀、室內(nèi)GPS或激光雷達)，采用定位器自動聯(lián)動數(shù)字化驅動與控制技術，實現(xiàn)飛機部件位姿精確自動調(diào)整以成為現(xiàn)代飛機制造業(yè)發(fā)展趨勢。近十余年來，波音777、787，空客的A340、A380已逐步采用飛機大部件自動定位器聯(lián)動驅動與控制系統(tǒng)代替手動對接。

在飛機部件位姿調(diào)整過程中，自動定位器通過工藝接頭與飛機部件相連；通過多個自動定位器相互空間平移運動組合，最終實現(xiàn)飛機部件的精確空間平移和旋轉。目前，依據(jù)自由度驅動的差別，自動定位器分為兩類：主動式和隨動式。主動式是指在XYZ三個方向都有伺服電機驅動，類似于三坐標數(shù)控機床。隨動式是指在XYZ三個方向僅僅有一個或兩個方向上伺服電機驅動，剩余的兩個或一個方向上不受約束，處于自由滑動狀態(tài)。

飛機部件調(diào)姿過程，如果全部采用主動式定位器構成自動定位系統(tǒng)，能夠精確控制所有定位器在三個自由度上的空間位置，但也存在如下問題：

1)主動式自動定位調(diào)姿算法復雜。主動式自動定位調(diào)姿系統(tǒng)為自由度冗余系統(tǒng)。一個定位器有3個自由度，如果使用3個定位器則構成9個自由度，而飛機部件空間剛體運動只有6個自由度：3個平移和3個旋轉冗余3個自由度。為了保證飛機部件能夠實現(xiàn)剛體運動，調(diào)姿算法必須有足夠的穩(wěn)定性和精確性，其計算結果能夠確保所有定位器自由度必須協(xié)調(diào)運動，使得飛機部件在運動過程中不會發(fā)生形變，避免導致部件或定位系統(tǒng)發(fā)生破壞。

2)由于系統(tǒng)調(diào)姿過程中，存在運動冗余協(xié)調(diào)的問題，因此對整個系統(tǒng)的定位機構運動精度、運動反饋裝置、運動控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制性能都提出很高的要求：定位運動機構必須有足夠的結構剛強度加工制造精度，以確保飛機自重載荷下不會發(fā)生變形和破壞，并且能夠精確運動到指定位置；運動反饋裝置，如力傳傳感器、位移傳感器，必須能精確地準確反饋運動機構當前狀態(tài)和位置，對發(fā)生的問題(碰撞、卡死)能夠及時反饋；運動控制系統(tǒng)必須能夠依照位姿算法生成的結果，有效并精確地控制多個軸進行同步協(xié)調(diào)運動，確保部件的剛體柔性運動。基于這些要求，將導致系統(tǒng)硬件架構過于復雜，可靠度低。

3)目前，飛機制造廠用于飛機部件對接裝配的定位器大多采用手搖隨動式定位器。如果采用全自由度系統(tǒng)，勢必需要重新設計并制造全新的系統(tǒng)，舊有系統(tǒng)無法重新利用，造成生產(chǎn)成本增加和不必要的浪費。舊有的系統(tǒng)可通過技術改造，對手動驅動部位加裝伺服電機，構成隨動式自動定位器。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術問題是提供一種基于3-2-1隨動式定位器的飛機部件位姿調(diào)整方法；

為了解決上述技術問題，本發(fā)明一種基于3-2-1隨動式定位器的飛機部件位姿調(diào)整方法，包括以下步驟：

步驟一、將待調(diào)整飛機部件通過球鉸型工藝接頭放置在3個分別為三自由度定位器3a、二自由度定位器3b和單自由度定位器3c上；

步驟二、在待調(diào)整飛機部件上設置N個測量點，其中N≥4且N為正整數(shù)，利用激光跟蹤儀測量每個測量點獲得每個測量點的實測坐標；

步驟三、控制系統(tǒng)根據(jù)測量點的實測坐標和目標坐標計算待調(diào)整飛機部件當前空間姿態(tài)和目標姿態(tài)的差異，即為待調(diào)整飛機部件的空間姿態(tài)角度調(diào)整量α、β、γ，實測坐標和目標坐標滿足：