基于动力学模型的飞机大部件调姿轨迹规划

《基于动力学模型的飞机大部件调姿轨迹规划》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、航空学报ActaAerOnauticaetAstronauticaSinicaSep．252014V01．35No．92672-2682ISSN1000．6893CN11．1929／Vhttp：Hhkxb．buaa．edu．cahkxb@buaa．edu．cn基于动力学模型的飞机大部件调姿轨迹规划黄鹏1，王青1’*，李江雄1，柯映林1，张春山21．浙江大学机械工程学系，浙江杭州3100272．驻西飞军事代表室，陕西西安710089摘要：为了提高飞机调姿的运动安全并减小在误差敏感方向的冲击，采用Newton—Eule

2、r方法构建了调姿系统的动力学模型，以实现调姿轨迹的优化。该动力学模型综合考虑了支撑杆变形、驱动丝杆变形及运动误差的影响，可对比不同轨迹时部件运动全过程的运动学特性，实现多目标多约束条件下的轨迹优化。为了提高计算效率，提出了一种类间可分性最优的自适应核主成分算法进行特征提取，并结合模式识别中的自动分类方法，预判可行轨迹的性能，控制搜索范围，减少寻优过程中的计算量。以某型数控定位系统为例，在对150条可行调姿轨迹进行评价和优选后，大部件调姿过程的最大平动速度小于20mm／s，调姿结束时的最大角速度小于0．1rad／s，

3、说明了该方法的可行性和有效性。关键词：飞机制造；数字化装配；位姿调整；并联机构；轨迹规划中图分类号：V262．4文献标识码：A文章编号：1000—6893(2014)09—2672—11飞机装配的主要任务是实现零部件之间的定位与连接。在数字化装配系统中，通常利用激光或摄影测量技术实现飞机大部件的测量和位姿计算[1。2]，构建以检测数据为节点的飞机装配广义尺寸链[3]，并由数控定位器作为执行机构实现其位姿调整。单台定位器一般具有z、y和z3个运动自由度，多台数控定位器可协同运动构成六自由度调姿系统，实现飞机大部件的支

4、撑与定位。定位器实际上是一种机电一体化的自动设备，调姿过程中按照预定的程序进行工作。其运动精度除了受制造和控制误差影响外，还受其刚度与振动影响。飞机大部件调姿的位置变动量和运动速度较小，但其尺寸及质量较大、支撑点较少，有可能造成对定位器的冲击。调姿过程中，在重力等外力的作用下，定位器有可能会发生变形，并引起部件的振动，影响部件和设备的安全。在调姿结束后的一段时间内，部件的振动仍有可能存在。当定位器运动规划不当时，较大的冲击及振动将影响设备运动精度及最终定位精度。因此，需要合理规划大部件的运动轨迹，保证其位置、速度和

5、加速度的平稳过渡，无突变和抖动，减少部件调姿过程的冲击和振动，优化调姿系统的定位精度、振动、能量消耗和驱动力(力矩)等性能指标[4]，提高系统的控制性能，保护设备和部件。轨迹规划问题最早出现于机器人的运动控制中，很多学者对此进行了研究，并提出了构型空间法、栅格法、人工势场法和边界距离模型等，常用的轨迹包括直线、几何曲线和自由曲线等[5’6]，主要是按驱动部件的最优力、最优速度或最短时间等准则优选个别轨迹参数[7_8]。如徐秀栋等提出了一种多目标轨迹优化方法，减小绳系机器人的速度增量总和及逼近目标时间[9]，但其主要

6、考虑收稿日期：2013—11—24；退修日期：2013—12-15；录用日期：2014一01—05；网络出版时间：2014一03—0512：18网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／10．7527／$1000—689320130525html基金项目：国家自然科学基金(51375442)；国家科技支撑计划项目(2011BAFl3812)*通讯作者Tel．：0571—87953927E·mail：wqing@zjuedu．ca亨{用棒武iHuangP，WangQ，LiJX，etal．Adju

7、stmentoptimaltrajectoryplanningofaircraftcomponentbasedondynamicsmodelEJ9．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica．2014．35(9)：2672-2682，黄鹕。壬青，李江雄，等基于动力学模型的飞机大部件调姿轨迹规翔￡JI?航空学报．2014．35(9)：2672-2682．黄鹏等：基于动力学模型的飞机大部件调姿轨迹规划2673的是对快速性的需求。这些路径规划方法在建立优化目标函数后，采用随机搜索法获取最优解时

8、，需要对运动过程进行反复核算和尝试，占用大量机时[1⋯。上述研究多针对的是轻载串联机构，对于调姿系统这类重载并联机构的运动过程的研究还较少。除了平稳性要求外，实际工程应用中往往根据部件的安装要求提出不同的最终定位精度。如在大部件对接时，为了保证气动外形准确，接头传力直接，部件的位置和姿态都需要尽量与理论位置一致。而附件装配时，协调的是附件与飞机的夹角，主要对