[發明專利]一種飛機自動鉆鉚并聯調姿托架的標定方法

有效

• 申請號: 201810357337.6
• 申請日: 2018-04-20
• 公開（公告）號: CN108445765B
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發明（設計）人: 陳文亮;王志浩;陶克梅;石雙江;王威;張志強;韓蘇亮;朱良麟;劉冰潔;楊景嵐
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 瞿網蘭

1.一種飛機自動鉆鉚并聯調姿托架的標定方法，其特征在于，針對目標位姿，在名義結構參數下采用運動學反解求出各主動移動副理想位移量；按求出的各主動移動副理想位移量驅動主動移動副運動；運動停止后，利用激光跟蹤儀測量托架上指定點坐標，擬合出托架實際位姿；將托架實際位姿與目標位姿進行比較，確定標定前托架位姿誤差；采用空間矢量鏈方法，建立托架位姿誤差與結構誤差、主動移動副位移量間的誤差模型，采用最小二乘法進行結構誤差辨識；對托架名義結構參數進行修正，再次進行運動學反解，確定要到達目標位姿時的各主動移動副位移量；誤差建模時，將各方向的約束方程一一分離，并將全部約束方程納入誤差模型，提高誤差辨識精度，并能夠識別單個主驅動的定位器主動移動副角度誤差；誤差辨識時，結合輔助測量，對誤差系數矩陣進行優化，采用矩陣降維的方式辨識結構誤差，在未改變結構誤差項系數的前提下，保證誤差辨識精度；上述誤差建模的具體方式為：等式

T_l·δ_l+T_e·δ_e-T_λ·δ_λ＝T_pθ·δ_pθ

其中，

其中，e_i1＝e_x＝(1,0,0)^T，e_i2＝e_y＝(0,0,1)^T，e_i3＝e_z＝(0,0,1)^T，分別表示第i個定位器x、y、z方向單位向量，i表示定位器編號；l_i1、l_i2、l_i3分別表示第i個定位器x、y、z方向運動量；為托架坐標系相對于基坐標系的姿態變換矩陣；表示托架坐標系相對于基坐標系旋轉矩陣的微分；表示定位器i對應的球鉸中心相對于托架坐標系原點的位置誤差；δλ_i表示定位器基坐標系原點初始位置相對于基坐標系原點位置誤差；δl_i1、δl_i2、δl_i3為隨動移動副位置度誤差；δe_i1、δe_i2、δe_i3為隨動移動副角度誤差；球鉸中心相對于托架參考坐標系原點的向量為定位器參考坐標系原點相對基坐標系原點的向量為λ_i；

T_l為12×5階矩陣，δ_l為5×1階矩陣，T_e為12×15階矩陣，δ_e為15×1階矩陣，T_λ為12×21階矩陣，δ_λ為21×1階矩陣，T_pθ為12×6階矩陣，δ_pθ為6×1階矩陣；整理上式得：

其中，[T_l T_e -T_λ]為12×41階矩陣，[δ_l δ_e δ_λ]^T為41×1階矩陣；上式簡化為：

T_i·δ＝(T_pθ·δ_pθ)_i

由于δe₁₃、δe₂₁、δe₂₃、δe₃₃、δe₄₃各包含兩個未知量，因此上式包含41-5＝36個未知量，單個位姿能夠提供有關未知量的12個代數方程，因此，要辨識全部36個位姿誤差，在矩陣T行向量、列向量線性無關的情況下，需要測量3組或以上位姿誤差數據組成總誤差模型：

其中，n為位姿組數，則上式簡寫為：

T·δ＝M

上述矩陣優化的具體方式為：1)矩陣T第8列、第9列、第14列、第17列、第20列為零向量列且對應的未知數為0，因此，在系數矩陣T中直接剔除相關列組成矩陣T′；通過實際測量即通過激光跟蹤儀測量托架僅z向運動調姿過程中各定位器移動副指定點位置變化進行矩陣T中第8列、第14列、第17列、第20列對應結構誤差的間接求解；矩陣T中第9列對應的結構誤差由托架繞S₁S₄旋轉，測量定位器2的x向移動軸上指定點空間位置變化間接計算；2)由于矩陣T′第2列、第22列線性相關，第3列、第24列線性相關，第4列、第30列線性相關，第5列、第36列線性相關，不失一般性，以任意行第2列、第22列為例，則：

1×(x₂+x₂₂)+f(x₁,x₃L x₃₆)＝Δ_ii

其中，Δ_ii為托架某次調姿過程中的整體誤差項系數乘以誤差項即(T_pθ·δ_pθ)_i中某行)，f(x₁,x₃L x₃₆)為去除結構誤差x₂、x₂₂后，其余結構誤差對Δ_ii的影響；線性相關列對應的結構誤差項無法單獨辨識，只能辨識出結構誤差項對托架整體誤差項的綜合影響；同理，將下列項作為單一整體進行求解：x₃+x₂₄；x₄+x₃₀；x₅+x₃₆；因此，令：

Q₂＝x₂+x₂₂；Q₃＝x₃+x₂₄；Q₄＝x₄+x₃₀；Q₅＝x₅+x₃₆

相應系數矩陣T′進行整理，得列數為32的誤差變換矩陣T″，因此需要辨識的結構誤差參數變換為x₁、Q₂、Q₃、Q₄、Q₅、x₆、x₇、x₈、x₉、x₁₀、x₁₁、x₁₂、x₁₃、x₁₄、x₁₅、x₁₆、x₁₇、x₁₈、x₁₉、x₂₀、x₂₁、x₂₃、x₂₅、x₂₆、x₂₇、x₂₈、x₂₉、x₃₁、x₃₂、x₃₃、x₃₄、x₃₅，則上式變形為：

T”·δ＝M

上式中的T矩陣進行了降維處理，將矩陣T的條件數由10²¹數量級降低至10³數量級，降低了矩陣T對測量誤差的敏感性。