一种混联式飞机除冰喷嘴机构、轨迹规划方法及规划系统技术方案

本发明专利技术属于民用航空地面保障与数据识别技术领域，公开了一种混联式飞机除冰喷嘴机构、轨迹规划方法及规划系统。所述规划方法首先提出了一种混联式飞机除冰喷嘴机构，然后利用4

【技术实现步骤摘要】
一种混联式飞机除冰喷嘴机构、轨迹规划方法及规划系统


[0001]本专利技术属于民用航空地面保障与数据识别
，尤其涉及一种混联式飞机除冰喷嘴机构、轨迹规划方法及规划系统。

技术介绍

[0002]民航飞机在遇到低温、降雨、降雪等寒冷天气时，表面会形成一层霜、雪或冰。飞机存在冰雪凝结，会使其空气动力性能变差，过早出现失速，影响飞行安全，导致飞行事故。因此，飞机起飞前及时清除表面的冰、雪、霜至关重要。目前，飞机除冰常采用飞机除冰车上的机械臂以一定压力喷洒加热到指定温度的化学除冰液的除冰方式。机械臂需要飞机除冰操作员来操作进行除冰作业。现有飞机除冰车机械臂除冰存在以下缺点：
[0003](1)在进行飞机除冰作业时一般需要2～3名工作人员，机械臂安全性，稳定性有严格要求。特别是在大风寒冷天气下，增加了除冰人员进行高空作业的危险系数。且除冰人员需相互密切配合才能完成飞机除冰任务，除冰喷嘴由除冰操作员人工控制，在进行作业时需要人员积累足够的飞机除冰经验，需要对除冰操作员进行专门培训，增加额外开支。
[0004](2)除冰车辆需要携带大型储本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种混联式飞机除冰喷嘴机构的轨迹规划方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：S1、对飞机混联式飞机除冰喷嘴机构进行D
‑
H运动学建模，建立喷嘴机构的坐标系模型以及坐标变换矩阵，得到喷嘴机构位姿的数学表达式；S2、使用数学软件对初始位置，终点位置和中间两点位置进行逆运动学求解，得到机械臂关节角度；S3、根据飞机曲面外形的不同，分别对飞机机翼、飞机尾翼方向舵、飞机机身进行喷嘴路径规划；S4、通过四次样条插值方法、二次样条插值方法、五次样条插值方法对关节空间下的除冰喷嘴机构进行轨迹规划，得到喷嘴机构关节空间轨迹曲线；S5、根据喷嘴机构关节空间轨迹曲线建立目标函数和约束条件；S6、采用粒子群优化算法，在约束条件下以三段轨迹时间总和最小为目标，优化喷嘴机构的运动轨迹。2.根据权利要求1所述的混联式飞机除冰喷嘴机构的轨迹规划方法，其特征在于，在步骤S2中，通过逆运动学得到起始点、中间点和终止点对应的各个关节角度θ，θ0表示在起始点t0的关节角度，θ
f
表示终止点t
f
的关节角度，θ(t)表示经过插值后得到光滑关节轨迹曲线。3.根据权利要求1所述的混联式飞机除冰喷嘴机构的轨迹规划方法，其特征在于，在步骤S3中，对所述飞机机翼路径采用往复空间折线，在积冰检测装置组(11)提供的环境参数下，对积冰进行往复喷洒作业；对所述飞机尾翼方向舵采用空间圆弧曲线方式进行喷洒作业；对所述飞机机身采用空间直线方式喷洒作业。4.根据权利要求1所述的混联式飞机除冰喷嘴机构的轨迹规划方法，其特征在于，在步骤S4中，通过四次样条插值方法、二次样条插值方法、五次样条插值方法对关节空间下的除冰喷嘴机构进行轨迹规划的轨迹方程为：式中，θ
jkk
(t)表示第j关节的第k段角度多项式方程，a
jki
表示第j关节在第k段多项式中第i+1个系数，i＝0,1,2,3,4,5，t
jk
表示第j关节在第k段轨迹的插值时间，式中j＝1,2,3,4,5,6分别对应除冰喷嘴机构的6个转动关节，对公式进行一阶求导即可得到关节角速度进行二阶求导即可得到关节角加速度5.根据权利要求4所述的混联式飞机除冰喷嘴机构的轨迹规划方法，其特征在于，所述四次样条插值方法、二次样条插值方法、五次样条插值方法包括：将初始点A到终止点D两点之间的运动拆分成三个部分，第一部分初始点A到中间点B采用四次多项式轨迹规划，第二部分中间点B到中间点C段采用二次多项式轨迹规划，第三部分中间点C到终止点D采用五次多项式轨迹规划；
其中，设定j关节4个插值点X
j1
、X
j2
、X
j3
、X
j4
以及约束条件包括：(1)起始点A和终止点D的角速度和角加速度为0；(2)中间点B、中间点C的保持角速度和角加速度连续；根据约束条件写成矩阵相乘方式a＝A
‑1·
b，其中A为插值时间矩阵，a为多项式矩阵，b为插值点位置矩阵，由此可得第j关节的4
‑2‑
5多项式运动学方程。6.根据权利要求1所述的混联式飞机除冰喷嘴机构的轨迹规划方法，其特征在于，在步骤S5中，目标函数和约束条件为：min{f(t)}＝{t
j1
+t
j2
+t
j3
+t
d
}t
jk
为臂架关节j的三个插值时间，k＝1,2,3，t
d
为不同型号飞机在不同天气情况下的除冰时间，v
jk
为第j关节第k段多项式轨迹的速度值，a
jk
为第j关节的第k段多项式轨迹的加速度值，v
max
为各段轨迹最大速度，a
max
为各段轨迹最大加速度；在步骤S6中，粒子群优化算法包括：1)设定粒子群算法的相关参数；设定粒子t
jk
取值范围，随机产生m组3维粒子(t
j1
,t
j2
,t
j3
)的位置和速度，求解多项式系数矩阵a,得到关节j的轨迹方程，判断关节j的轨迹方程中的速度v
jk
和加速度a
jk
是否满足约束条件，并计算粒子初始的个体极值和群体极值；2)更新粒子的位置和速度，求解多项式系数矩阵a，得到关节j的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈斌，方珣，梁天硕，王立文，
申请(专利权)人：中国民航大学，
类型：发明
国别省市：