一种带位置标记物的球形气囊高精度工程实现方法技术

本发明专利技术公开一种带位置标记物的球形气囊高精度工程实现方法，利用处理器，建立球形模型，以所述球形模型的球形为原点，在所述球形模型上分别建立笛卡尔右手坐标系和球坐标系；建立球面上标记物的特征点模型；将球形模型划分为特征等同的多个囊瓣，找到带有特征点的囊瓣，在这些囊瓣上建立囊瓣坐标系，求解特得到征点相对其所在囊瓣中央棱线的经度张角和特征点相对囊瓣坐标轴的XOY面的张角，利用经度张角和特征点相对囊瓣坐标轴的XOY面的张角通过高斯仿射变换公式求特征点仿射到囊瓣平面的坐标值以及囊瓣边界曲线；利用特征点的囊瓣坐标系坐标值以及囊瓣边界曲线制作出完成带位置标记物的球形气囊制作。

A high precision engineering method of spherical air bag with position marker

【技术实现步骤摘要】
一种带位置标记物的球形气囊高精度工程实现方法
本专利技术涉及球形气囊工程实现方法。更具体地，涉及一种带位置标记物的球形气囊高精度工程实现方法。
技术介绍
球形气囊及其衍生物以其系统简单、价廉物美的特点，在航空航天等科学研究领域应用广泛。航天领域：60年代美国的回声系列气球卫星为通信卫星的鼻祖，80年代航天二院的实践二号乙无源雷达标校气球卫星开创了我国气球卫星应用研究的先河，90年代科技五院的“大气-1”号和“大气-2”号气球卫星用于进行大气密度反演探测，2019年北理工的BP-1B气球卫星旨在开展太阳帆球技术验证以及无线电通信测试。航空领域：浮空气球、探空气球在气象探测、军事侦察、互联网通信等应用层面屡见报端。通过在球形气囊表面贴布高精度位置标记物，并借助于特征图像识别，甚至可将球形气囊扩展运用于空间力矩标定、试验鉴定评估等用途。由于空间力矩标定、试验鉴定等用途对球形气囊的标记物位置精度要求高，气囊制作时的标记物定位精度决定了系统误差的大小，影响着图像识别提取精度。对于带位置标记物的球形气囊，传统设计实现方法主要有借助于三维建模软件的建模定位方法、借助于轮廓仪或者激光定位仪的仪器定位方法以及使用专用模具的方法，所述方法主要存在以下不足：1)使用三维建模软件的方法在存在大量位置标记物时工作量大且建模难度大；2)使用仪器定位或者投制专用模具的方法则成本高昂，难以满足大型、不同尺度球形气囊的定位需求，通用性较差。且由于球形气囊的易缩胀特性，造成定位时系统误差较大。因此，本着简单易行、可批量化且满足高精度定位的目的，本专利技术提出了一种带位置标记物的球形气囊高精度工程实现方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种带位置标记物的球形气囊高精度工程实现方法。为达到上述目的，本专利技术采用下述技术方案：本专利技术提供一种带位置标记物的球形气囊高精度工程实现方法，该方法包括以下步骤：S1、利用处理器，建立球形模型，以所述球形模型的球形为原点，在所述球形模型上分别建立笛卡尔右手坐标系和球坐标系；S2、在所述球形模型上选取任意一点作为标记物的特征点，基于所述笛卡尔右手坐标系，建立球面上所述特征点的位置坐标(x，y，z)；S3、将所述特征点的笛卡尔坐标转换为球坐标；S4、确定囊瓣数：将所述球形模型划分为N片形状尺寸一致，两头尖中间宽，且对称分布的纺锤形囊瓣，将所述N片囊瓣标记为1～N，其中，N为偶数，每个囊瓣对应的张角S5、确定所述每个囊瓣的坐标轴：定义囊瓣的一个尖头为北极，另一个尖头为南极，以囊瓣的形心为坐标原点，则南北极连线为X轴，过原点垂直于所述X轴的轴线为Y轴，其中，以所述原点为界定，靠近所述北极的一侧为X轴正轴，靠近所述南极的一侧为X轴负轴，所述X轴正轴方向右侧的Y轴为Y轴正轴，所述X轴方向的左侧的Y轴为Y轴负轴；S6、确定所述特征点所在的囊瓣，利用球坐标求解特征点相对其所在囊瓣中央棱线的经度张角L；S7、利用球坐标求解所述特征点相对球坐标轴的XOY面的张角B；S8、利用所述L、B和deg通过高斯仿射变换公式求特征点仿射到囊瓣平面的坐标值(x0，y0)以及囊瓣边界曲线；S9、利用处理器，基于S8获得的特征点平面坐标(x0，y0)以及囊瓣边界曲线绘制囊瓣图纸，将囊瓣图纸输出转化为数控裁床识别的图纸，由数控裁床完成每个囊瓣的裁切，以及特征点的定位，以北极朝上放置，将囊瓣编号1～N的裁片绕北极沿逆时针两两拼接，完成气囊主体制作，将特征点附近的囊体材料展平，基于特征点贴布标记物，逐个完成所有标记物的贴布，安装充气管路，完成带位置标记物的球形气囊制作。可选地，基于所述S2，定义所述特征点在所述笛卡尔右手坐标系中XOY面上的投影与X正轴方向的夹角为θ，所述特征点与XOY面的夹角为可选地，所述特征点的笛卡尔坐标转换为球坐标的转换方法为：可选地，所述S4中，每个囊瓣对应的张角可选地，所述S6中，所述经度张角L的计算方法为：其中，fix(θ/deg)为θ除以deg的商；特征点位于所述Y轴负轴侧则L值为负，位于Y轴负轴侧则L值为正，位于中央棱线上则L值为零，所述Y轴为囊瓣的坐标轴。可选地，所述S7中，特征点位于球坐标中Z轴正轴侧则B值为正，特征点位于所述球坐标中Z轴负轴侧则B值为负，所述B的取值与所述的取值相等。可选地，所述S8中，高斯仿射变换公式为：将特征点的L和B值代入，即可求得仿射变换到囊瓣平面的坐标值(x0，y0)，令为B取值范围为代入高斯投影公式，则可以获得囊瓣两条边界曲线。本专利技术的有益效果如下：本专利技术提出的一种带位置标记物的球形气囊高精度工程实现方法，提出一种具备批量化编程实现的球形气囊标记物高精度定位方法，克服对特定平台或软件的依赖，降低人力成本和设计难度；提出一种不依赖于专用定位仪器或者专用模具的球形气囊标记物高精度定位方法，满足不同尺度球形气囊的制作定位需求，降低设计制造成本；满足工程实现时的高精度定位需要，降低气囊制作时引入的系统误差，保证球形气囊位置标记物的识别提取精度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1示出本申请工程实现方法的流程图。图2示出本申请笛卡尔右手坐标系和球坐标系的示意图。图3示出本申请囊瓣及其囊瓣坐标系的示意图。图4示出本申请囊瓣坐标系中经度张角示意图。图5示出本申请带特征点的囊瓣示意图。图6示出本申请带圆形标记物的气囊模型示例。图7示出本申请第1瓣图纸。图8示出本申请第16瓣图纸。具体实施方式为使本专利技术的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。需要说明的是，本专利技术术语【本专利技术实施例不对步骤a至e的执行顺序进行限制，例如，可依次执行步骤c、步骤a】【本专利技术所有数值指定(例如温度、时间、浓度及重量等，包括其中每一者的范围)通常可是适当以0.1或1.0的增量改变(+)或(-)的近似值。所有数值指定均可理解为前面有术语“约”。】本实施例以如图1所示的一带圆形标记物的球形气囊为例，球形气囊半径为1m，标记物半径为8cm，气囊上三个相邻的圆形标记物其相对位置如6所示，该球形气囊采用16瓣囊瓣拼接而成。本专利技术提出的一种带位置标记物的球形气囊高精度工程实现方法，实施步骤如下：以球心为坐标原点，建立笛卡尔右手坐标系和球坐标系，如图2所示。其中，θ为球面某点在XOY面投影与+X轴夹角，由+X轴开始沿逆时针其取值范围为0～360°；为坐标点与XOY面夹角，当坐标点位于+Z侧时其值为正，反之为负；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种带位置标记物的球形气囊高精度工程实现方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：/nS1、利用处理器，建立球形模型，以所述球形模型的球形为原点，在所述球形模型上分别建立笛卡尔右手坐标系和球坐标系；/nS2、在所述球形模型上选取任意一点作为标记物的特征点，基于所述笛卡尔右手坐标系，建立球面上所述特征点的位置坐标(x，y，z)；/nS3、将所述特征点的笛卡尔坐标转换为球坐标；/nS4、确定囊瓣数：将所述球形模型划分为N片形状尺寸一致，两头尖中间宽，且对称分布的纺锤形囊瓣，将所述N片囊瓣标记为1～N，其中，N为偶数，每个囊瓣对应的张角

【技术特征摘要】
1.一种带位置标记物的球形气囊高精度工程实现方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S1、利用处理器，建立球形模型，以所述球形模型的球形为原点，在所述球形模型上分别建立笛卡尔右手坐标系和球坐标系；
S2、在所述球形模型上选取任意一点作为标记物的特征点，基于所述笛卡尔右手坐标系，建立球面上所述特征点的位置坐标(x，y，z)；
S3、将所述特征点的笛卡尔坐标转换为球坐标；
S4、确定囊瓣数：将所述球形模型划分为N片形状尺寸一致，两头尖中间宽，且对称分布的纺锤形囊瓣，将所述N片囊瓣标记为1～N，其中，N为偶数，每个囊瓣对应的张角
S5、确定所述每个囊瓣的坐标轴：定义囊瓣的一个尖头为北极，另一个尖头为南极，以囊瓣的形心为坐标原点，则南北极连线为X轴，过原点垂直于所述X轴的轴线为Y轴，其中，以所述原点为界定，靠近所述北极的一侧为X轴正轴，靠近所述南极的一侧为X轴负轴，所述X轴正轴方向右侧的Y轴为Y轴正轴，所述X轴方向的左侧的Y轴为Y轴负轴；
S6、确定所述特征点所在的囊瓣，利用球坐标求解特征点相对其所在囊瓣中央棱线的经度张角L；
S7、利用球坐标求解所述特征点相对球坐标轴的XOY面的张角B；
S8、利用所述L、B和deg通过高斯仿射变换公式求特征点仿射到囊瓣平面的坐标值(x0，y0)以及囊瓣边界曲线；
S9、利用处理器，基于S8获得的特征点平面坐标(x0，y0)以及囊瓣边界曲线绘制囊瓣图纸，将囊瓣图纸输出转化为数控裁床识别的图纸，由数控裁床完成每个囊瓣的裁切，以及特征点的定位，以北极朝上放置，将囊瓣编号1～N的裁片绕北极...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱基聪，齐巍，孙琼阁，杨宇光，姚惠生，董晓桐，
申请(专利权)人：航天科工空间工程发展有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42