一种星载天线的伸展臂末端位姿静态误差域的计算方法技术

一种星载天线的伸展臂末端位姿静态误差域的计算方法，它属于星载天线指向精度计算技术领域。本发明专利技术解决了目前星载天线的伸展臂各处公差的设计全凭经验，无法准确判断伸展臂末端所处的静态误差范围，须反复进行修正与重建的问题。本发明专利技术将伸展臂的需要进行等效分析的m处误差环节相应等效为长度量或角度量的关节，而且本发明专利技术将圆跳动、平行度及同轴度特殊公差等效为长度量或角度量的关节一并考虑进去，利用遍历法进行递推计算得到伸展臂末端位姿矩阵及伸展臂末端位姿静态误差域，利用本发明专利技术的方法得到的伸展臂末端位姿静态误差域的精度将比其他计算方法提高10～15％。本发明专利技术的方法适用于星载天线指向精度计算技术领域用。

【技术实现步骤摘要】
一种星载天线的伸展臂末端位姿静态误差域的计算方法
本专利技术属于星载天线指向精度计算
，具体涉及一种星载天线的伸展臂末端位姿静态误差域的计算方法。
技术介绍
可展开星载天线通过展开机构和双轴驱动机构实现定位，卫星入轨后伸展臂展开至预定位置并锁定；而双轴驱动机构负责星载天线对目标的实时跟踪，因此，伸展臂与双轴驱动机构的误差均会对星载天线指向精度产生明显影响。由于伸展臂通常在卫星特定位置处固定好后，入轨工作时一次展开即不再调整，因此其静态误差对卫星指向精度影响较大，而通常又认为伸展臂的静态误差可通过测试和测量确认误差源，并可通过在轨调整进行矫正补偿，因此伸展臂的精度设计一直不受重视。但工程实践证明，伸展臂的精度设计在星载天线研制过程中具有重要地位。虽然伸展臂在展开之后，其静态误差可通过在轨调整进行矫正补偿，但是必须保证伸展臂末端的静态误差在一定的设计精度范围内才可行。而伸展臂末端的设计精度会受到伸展臂各部组件的制造与装配公差影响，目前伸展臂各处公差的设计又全凭经验，根本无法准确判断伸展臂末端所处的静态误差范围，因此，造成原理样机生产后多数无法满足精度上的要求，必须进行反复修正与重建，这将浪费大量的人力物力与财力，大大降低了产品研制效率，同时增加了研制成本，因此成为亟待解决的工程实际问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是为解决目前星载天线的伸展臂各处公差的设计全凭经验，无法准确判断伸展臂末端所处的静态误差范围，须反复进行修正与重建，致使伸展臂各处公差的设计周期较长的问题。本专利技术为解决上述技术问题采取的技术方案是：一种星载天线的伸展臂末端位姿静态误差域的计算方法，其特征在于，该方法的具体步骤为：步骤一、确定伸展臂的需要进行等效分析的m处误差环节，m处误差环节中的某处误差环节为圆跳动、平行度或同轴度公差的误差环节；分别建立圆跳动、平行度和同轴度公差的等效分析模型，将圆跳动、平行度和同轴度公差表示为平动或转动误差；步骤二、根据公差带类型将步骤一的m处误差环节等效为作运动的平动关节或转动关节；按照从基体到末端的顺序对伸展臂的m处误差环节进行编号，并分别建立基体和m处误差环节的固连坐标系，即共计m+1个坐标系；利用第i处误差环节的四个DH参数di、θi、ai和αi来表示两个相邻坐标系i-1和i之间的相对位置和指向，i＝1,2,…,m；其中：di是坐标系i的关节偏置，表示从Xi-1轴到Xi轴的距离，沿Zi轴的指向为正；θi是坐标系i的关节转角，表示从Xi-1轴到Xi轴的转角，绕Zi轴正向转动为正；ai是坐标系i的连杆长度，表示从Zi-1轴到Zi轴的距离，沿Xi-1轴的指向为正；αi是坐标系i的连杆扭角，表示从Zi-1轴到Zi轴的转角，绕Xi-1轴的正向转动为正；i＝1时，表示利用第1处误差环节的四个DH参数d1、θ1、a1和α1来表示基体坐标系和第1处误差环节坐标系之间的相对位置和指向；计算得到m处误差环节的4m个DH参数的数值，且所述4m个DH参数中为变量的DH参数的个数为k个；步骤三、以步骤二中任意一个为变量的DH参数的理论设计值为中心，设置细分遍历步数n0，在公差带内对该DH参数存在的位置进行离散化计算，得到该DH参数的n0+1个长度量数值或角度量数值；并且对其余k-1个为变量的DH参数进行遍历，得到其余k-1个为变量的DH参数的长度量数值或角度量数值；步骤四、利用步骤三得到的k个为变量的DH参数的长度量数值或角度量数值，得到伸展臂末端位姿矩阵及伸展臂末端位姿的静态误差域。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供了一种星载天线的伸展臂末端静态误差域的计算方法，本专利技术将伸展臂的需要进行误差调整的m处误差环节相应等效为长度量或角度量的关节，而且本专利技术将圆跳动、平行度及同轴度公差等效为长度量或角度量的关节一并考虑进去，利用遍历法进行递推计算得到伸展臂末端位姿矩阵及伸展臂末端位姿静态误差，由于考虑并合理等效计算了圆跳动、平行度及同轴度公差误差环节的明显影响，因此，对于伸展臂末端位姿静态误差的计算精度将比其他计算方法提高10～15％。附图说明图1为本专利技术建立的m处误差环节的固连坐标系的示意图；其中：di是坐标系i的关节转置、ai是坐标系i的连杆长度、θi是坐标系i的关节转角、αi是坐标系i的连杆扭角，θi-1是坐标系i-1的关节转角，θi+1是坐标系i+1的关节转角；关节i-1和连杆i-1分别是伸展臂的第i-1个关节和第i-1个连杆；关节i和连杆i分别是伸展臂的第i个关节和第i个连杆；关节i+1和连杆i+1分别是伸展臂的第i+1个关节和第i+1个连杆；连杆i-2是伸展臂的第i-2个连杆；Xi-1和Zi-1分别是坐标系i-1的X轴和Z轴坐标；Xi和Zi分别是坐标系i的X轴和Z轴坐标；图2为本专利技术的任意一处需要公差设计的位置等效为存在平动或转动误差的铰接单臂杆的误差域示意图；其中：△θ代表铰接单臂杆的角度偏差值，△l是铰接单臂杆的长度偏差值，O1是铰接单臂杆无偏差时的理论位置，O2是取正向△θ角度偏差时单臂杆末端的位置，O3是取负向△θ角度偏差时单臂杆末端的位置，A是取负向△l长度偏差时单臂杆末端的位置，A’是取正向△l长度偏差时单臂杆末端的位置，B是取正向△θ角度偏差及负向△l长度偏差时单臂杆末端的位置，B’是取正向△θ角度偏差及正向△l长度偏差时单臂杆末端的位置，C是取负向△θ角度偏差及负向△l长度偏差时单臂杆末端的位置，C’是取负向△θ角度偏差及正向△l长度偏差时单臂杆末端的位置；图3为本专利技术所述的圆跳动公差的公差带示意图；其中：1代表标准公差带；11代表外切正方形公差带；12代表内接正方形公差带；+X代表X轴的正半轴，-X代表X轴的负半轴，+Z代表Z轴的正半轴，-Z代表Z轴的负半轴；图4为为本专利技术所述的平行度公差的公差带示意图；其中：2代表目标平面，θ代表平行度公差的目标平面与基准面的最大偏角，d代表平行度公差的关节宽度，δ代表设置的平行度公差的公差值，21代表平行度公差的公差带，22代表基准面；图5为本专利技术所述的同轴度公差的公差带示意图；其中：θ'代表同轴度公差的轴线与基准轴之间的最大偏角，d'代表同轴度公差的关节宽度，δ'代表设置的同轴度公差的公差值，31代表同轴度公差的公差带，32代表基准轴，33代表轴线。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本专利技术技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的精神和范围，均应涵盖在本专利技术的保护范围中。具体实施方式一：结合图1说明本实施方式。本实施方式所述的一种星载天线的伸展臂末端位姿静态误差域的计算方法，该方法的具体步骤为：步骤一、确定伸展臂的需要进行等效分析的m处误差环节，m处误差环节中的某处误差环节为圆跳动、平行度或同轴度公差的误差环节；分别建立圆跳动、平行度和同轴度公差的等效分析模型，将圆跳动、平行度和同轴度公差表示为平动或转动误差；步骤二、根据公差带类型将步骤一的m处误差环节等效为作运动的平动关节或转动关节；按照从基体到末端的顺序对伸展臂的m处误差环节进行编号，并分别建立基体和m处误差环节的固连坐标系，即共计m+1个坐标系；利用第i处误差环节的四个DH参数di、θi、ai和αi来表示两个相邻坐标系i-1和i之间的相对位置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种星载天线的伸展臂末端位姿静态误差域的计算方法，其特征在于，该方法的具体步骤为：步骤一、确定伸展臂的需要进行等效分析的m处误差环节，m处误差环节中的某处误差环节为圆跳动、平行度或同轴度公差的误差环节；分别建立圆跳动、平行度和同轴度公差的等效分析模型，将圆跳动、平行度和同轴度公差表示为平动或转动误差；步骤二、根据公差带类型将步骤一的m处误差环节等效为作运动的平动关节或转动关节；按照从基体到末端的顺序对伸展臂的m处误差环节进行编号，并分别建立基体和m处误差环节的固连坐标系，即共计m+1个坐标系；利用第i处误差环节的四个DH参数di、θi、ai和αi来表示两个相邻坐标系i‑1和i之间的相对位置和指向，i＝1,2,…,m；其中：di是坐标系i的关节偏置，表示从Xi‑1轴到Xi轴的距离，沿Zi轴的指向为正；θi是坐标系i的关节转角，表示从Xi‑1轴到Xi轴的转角，绕Zi轴正向转动为正；ai是坐标系i的连杆长度，表示从Zi‑1轴到Zi轴的距离，沿Xi‑1轴的指向为正；αi是坐标系i的连杆扭角，表示从Zi‑1轴到Zi轴的转角，绕Xi‑1轴的正向转动为正；i＝1时，表示利用第1处误差环节的四个DH参数d1、θ1、a1和α1来表示基体坐标系和第1处误差环节坐标系之间的相对位置和指向；计算得到m处误差环节的4m个DH参数的数值，且所述4m个DH参数中为变量的DH参数的个数为k个；步骤三、以步骤二中任意一个为变量的DH参数的理论设计值为中心，设置细分遍历步数n0，在公差带内对该DH参数存在的位置进行离散化计算，得到该DH参数的n0+1个长度量数值或角度量数值；并且对其余k‑1个为变量的DH参数进行遍历，得到其余k‑1个为变量的DH参数的长度量数值或角度量数值；步骤四、利用步骤三得到的k个为变量的DH参数的长度量数值或角度量数值，得到伸展臂末端位姿矩阵及伸展臂末端位姿的静态误差域。...

【技术特征摘要】
1.一种星载天线的伸展臂末端位姿静态误差域的计算方法，其特征在于，该方法的具体步骤为：步骤一、确定伸展臂的需要进行等效分析的m处误差环节，m处误差环节中的某处误差环节为圆跳动、平行度或同轴度公差的误差环节；分别建立圆跳动、平行度和同轴度公差的等效分析模型，将圆跳动、平行度和同轴度公差表示为平动或转动误差；步骤二、根据公差带类型将步骤一的m处误差环节等效为作运动的平动关节或转动关节；按照从基体到末端的顺序对伸展臂的m处误差环节进行编号，并分别建立基体和m处误差环节的固连坐标系，即共计m+1个坐标系；利用第i处误差环节的四个DH参数di、θi、ai和αi来表示两个相邻坐标系i-1和i之间的相对位置和指向，i＝1,2,…,m；其中：di是坐标系i的关节偏置，表示从Xi-1轴到Xi轴的距离，沿Zi轴的指向为正；θi是坐标系i的关节转角，表示从Xi-1轴到Xi轴的转角，绕Zi轴正向转动为正；ai是坐标系i的连杆长度，表示从Zi-1轴到Zi轴的距离，沿Xi-1轴的指向为正；αi是坐标系i的连杆扭角，表示从Zi-1轴到Zi轴的转角，绕Xi-1轴的正向转动为正；i＝1时，表示利用第1处误差环节的四个DH参数d1、θ1、a1和α1来表示基体坐标系和第1处误差环节坐标系之间的相对位置和指向；计算得到m处误差环节的4m个DH参数的数值，且所述4m个DH参数中为变量的DH参数的个数为k个；步骤三、以步骤二中任意一个为变量的DH参数的理论设计值为中心，设置细分遍历步数n0，在公差带内对该DH参数存在的位置进行离散化计算，得到该DH参数的n0+1个长度量数值或角度量数值；并且对其余k-1个为变量的DH参数进行遍历，得到其余k-1个为变量的DH参数的长度量数值或角度量数值；步骤四、利用步骤三得到的k个为变量的DH参数的长度量数值或角度量数值，得到伸展臂末端位姿矩阵及伸展臂末端位姿的静态误差域。2.根据权利要求1所述的一种星载天线的伸展臂末端位姿静态误差域的计算方法，其特征在于，所述步骤一的建立圆跳动公差的等效分析模型，将圆跳动公差表示为平动误差，其具体过程为：圆跳动的公差带为圆形，以圆形公差带的内接正方形或外切正方形对该圆形进行逼近，通过遍历相互垂直的两方向的公差值，形成正方形公差带，将该正方形公差带作为直角坐标系中圆跳动的公差带，即圆跳动的公差等效为相互垂直的两处长度量误差。3.根据权利要求2所述的一种星载天线的伸展臂末端位姿静态误差域的计算方法，其特征在于，所述步骤一的建立平行度公差的等效分析模型，将平行度公差表示为转动误差，具体过程为：平行度的公差带为圆柱形，对平面的平行度进行分析，设置公差值为δ、关节宽度为d，则目标平面与基准面之间最大偏角β为β＝arctan(δ/d)(1)即平行度的公差等效为角度量误差。4.根据权利要求3所述的一种星载天线的伸展臂末端位姿静态误差域的计算方法，其特征在于，所述步骤一的建...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘天喜，杨智颖，梁磊，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23