本發(fā)明涉及一種自動化慣性參數(shù)測試設(shè)備，屬于慣性參數(shù)測試設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

通常情況下，建立系統(tǒng)動力學(xué)方程時，需要系統(tǒng)的質(zhì)量、質(zhì)心位置、繞轉(zhuǎn)動軸的慣性矩以及慣性積等參數(shù)，其中慣性矩和慣性積構(gòu)成剛體相對于某坐標系的慣性矩陣。上述系統(tǒng)參數(shù)被稱為慣性參數(shù)，是系統(tǒng)固有的物理量，其決定了系統(tǒng)的動力學(xué)響應(yīng)與行為。慣性參數(shù)是復(fù)雜系統(tǒng)(如車輛、飛機、航天器以及機器人等)動力學(xué)分析的前提條件。

考慮到測試時間以及測試成本，慣性參數(shù)的可接受誤差需要根據(jù)不同的情況具體分析。目前已經(jīng)證實對于航空航天載具以及地面車輛，較小的慣性參數(shù)誤差將在計算動力學(xué)響應(yīng)中產(chǎn)生不可忽略的誤差。對于航空航天載具，主慣性軸以及慣性張量對飛行控制性能是極其重要的。

然而，系統(tǒng)的慣性參數(shù)通常是通過三維CAD模型來估計的，該估計易于產(chǎn)生較大的誤差。其中誤差來源主要包括機械的幾何誤差、材料缺陷以及密度的不確定(如元器件)等。一般而言，對于一個具有成千上萬零件的復(fù)雜系統(tǒng)，采用這種方法慣性參數(shù)的估計誤差將超過實際值的10％甚至更多，這會對復(fù)雜系統(tǒng)的控制造成嚴重的負面影響，進而降低系統(tǒng)性能，影響該系統(tǒng)的使用壽命。

解決慣性參數(shù)精度不足問題的最終途徑是通過測量獲得高精度的動力學(xué)參數(shù)。因此，剛體慣性參數(shù)測試設(shè)備的研制具有非常重要的研究價值。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，進而提供一種自動化慣性參數(shù)測試設(shè)備。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種自動化慣性參數(shù)測試設(shè)備，包括：支撐架、3-URU并聯(lián)機構(gòu)、轉(zhuǎn)軸驅(qū)動系統(tǒng)、雙軸傾角傳感器和編碼器；

所述支撐架由斜肋板、橫肋板、四個支撐方柱和支撐板組成，所述支撐板固定在四個支撐方柱的上端，支撐方柱與支撐方柱之間固定有橫肋板，支撐方柱與支撐板之間固定有斜肋板。

所述3-URU并聯(lián)機構(gòu)由三個上虎克鉸、三個下虎克鉸、頂部板、連桿一、連桿二、動平臺和拉壓力傳感器組成，所述頂部板固定在支撐板的下部，三個上虎克鉸呈正三角形固定在頂部板上，三個下虎克鉸呈正三角形分別與動平臺相連接，一個上虎克鉸與一個對應(yīng)的下虎克鉸之間依次連接有連桿一、拉壓力傳感器和連桿二，上虎克鉸的上十字軸的一端設(shè)有虎克鉸端蓋一，上十字軸的另一端設(shè)有虎克鉸端蓋二；下虎克鉸軸承座的上端設(shè)有與連桿二相連接的軸承，軸承座的左右兩端之間設(shè)有下十字軸，下十字軸的下端與動平臺固定連接。

所述轉(zhuǎn)軸驅(qū)動系統(tǒng)由機架、減速器、步進電機、離合器動盤、離合器線圈、離合器線圈架、離合器銜鐵、離合器連桿法蘭和簧片組成，機架固定在頂部板的下部，減速器固定在機架上，步進電機與減速器相連接，離合器動盤固定在減速器的輸出軸上，離合器連桿法蘭與上虎克鉸的上十字軸的一端相連接，離合器銜鐵和簧片均固定在離合器連桿法蘭上，離合器線圈架固定在機架的下部，離合器線圈設(shè)置在離合器線圈架上。

所述編碼器固定在上虎克鉸的上十字軸的另一端上。

所述雙軸傾角傳感器固定在頂部板上。

本發(fā)明的測試設(shè)備基于3-URU并聯(lián)機構(gòu)研制，一次測試即可完成全部慣性參數(shù)的測量，故無需對被測對象構(gòu)型進行調(diào)整，提升了測量效率；測試設(shè)備設(shè)計了主動驅(qū)動系統(tǒng)，可使并聯(lián)機構(gòu)運動到指定的初始偏置位置，提高了慣性參數(shù)測試的自動化程度；測試設(shè)備為被動測量機構(gòu)，除了測量初始位置通過主動驅(qū)動系統(tǒng)來實現(xiàn)外，無需其他機電系統(tǒng)，降低了系統(tǒng)復(fù)雜性，節(jié)約了成本；測試設(shè)備的傳感器較少，測量系統(tǒng)更加簡潔。

本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、測量精度高、安全可靠、效率高，并且自動化程度較高，可滿足不同規(guī)格形狀的剛體慣性參數(shù)的測量要求。

附圖說明

圖1為本發(fā)明自動化慣性參數(shù)測試設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖(仰視)。

圖2為本發(fā)明自動化慣性參數(shù)測試設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖(主視)。

圖3為圖2的A-A剖視圖。

圖4為圖3的B-B剖視圖。

圖5為圖4的C處放大圖。

圖6為圖4的D處放大圖。

圖7為圖4的E處放大圖。

圖中的附圖標記，1為斜肋板，2為橫肋板，3為機架，4為支撐方柱，5為頂部板，6為虎克鉸端蓋一，7為上十字軸，8為虎克鉸端蓋二，9為支撐板，10為連桿一，11為連桿二，12為軸承座，13為軸承端蓋，14為下十字軸，15為下端，16為動平臺，21為減速器，22為拉壓力傳感器，23為步進電機，24為雙軸傾角傳感器，25為離合器動盤，26為離合器線圈，27為離合器線圈架，28為離合器銜鐵，29為離合器連桿法蘭，30為簧片，31為編碼器，41為角接觸球軸承，42為深溝球軸承。

具體實施方式

下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細說明：本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述實施例。

如圖1～圖7所示，本實施例所涉及的一種自動化慣性參數(shù)測試設(shè)備，包括：支撐架、3-URU并聯(lián)機構(gòu)、轉(zhuǎn)軸驅(qū)動系統(tǒng)、雙軸傾角傳感器24和編碼器31；

所述支撐架由斜肋板1、橫肋板2、四個支撐方柱4和支撐板9組成，所述支撐板9固定在四個支撐方柱4的上端，支撐方柱4與支撐方柱4之間固定有橫肋板2，支撐方柱4與支撐板9之間固定有斜肋板1。

所述3-URU并聯(lián)機構(gòu)由三個上虎克鉸、三個下虎克鉸、頂部板5、連桿一10、連桿二11、動平臺16和拉壓力傳感器22組成，所述頂部板5固定在支撐板9的下部，三個上虎克鉸呈正三角形固定在頂部板5上，三個下虎克鉸呈正三角形分別與動平臺16相連接，一個上虎克鉸與一個對應(yīng)的下虎克鉸之間依次連接有連桿一10、拉壓力傳感器22和連桿二11，上虎克鉸的上十字軸7的一端設(shè)有虎克鉸端蓋一6，上十字軸7的另一端設(shè)有虎克鉸端蓋二8；下虎克鉸軸承座12的上端設(shè)有與連桿二11相連接的軸承，軸承座12的左右兩端之間設(shè)有下十字軸14，下十字軸14的下端15與動平臺16固定連接。

所述轉(zhuǎn)軸驅(qū)動系統(tǒng)由機架3、減速器21、步進電機23、離合器動盤25、離合器線圈26、離合器線圈架27、離合器銜鐵28、離合器連桿法蘭29和簧片30組成，機架3固定在頂部板5的下部，減速器21固定在機架3上，步進電機23與減速器21相連接，離合器動盤25固定在減速器21的輸出軸上，離合器連桿法蘭29與上虎克鉸的上十字軸7的一端相連接，離合器銜鐵28和簧片30均固定在離合器連桿法蘭29上，離合器線圈架27固定在機架3的下部，離合器線圈26設(shè)置在離合器線圈架27上。

所述編碼器31固定在上虎克鉸的上十字軸7的另一端上。

所述雙軸傾角傳感器24固定在頂部板5上。

所述編碼器31為十六位絕對式編碼器。

慣性參數(shù)測試時，被測對象通過螺釘和圓柱銷安裝在動平臺上，由于該并聯(lián)機構(gòu)為三自由度旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，在給予并聯(lián)機構(gòu)初始激勵后，被測對象將會受到三個方向的轉(zhuǎn)動激勵，這樣，通過一次測試即可完成全部慣性參數(shù)的測量。為了提高測試設(shè)備的自動化程度，在與頂部板連接的三個虎克鉸關(guān)節(jié)上分別裝有一套轉(zhuǎn)軸驅(qū)動系統(tǒng)，它由步進電機、減速器及電磁離合器組成。步進電機經(jīng)由減速器減速，再通過電磁離合器控制驅(qū)動軸與虎克鉸轉(zhuǎn)動軸的連接或斷開。首先，讓電磁離合器上電，此時，驅(qū)動軸與虎克鉸轉(zhuǎn)動軸相連，三個步進電機將并聯(lián)機構(gòu)驅(qū)動至指定的初始位置。然后，將三個電磁離合器同時斷電，驅(qū)動軸與虎克鉸轉(zhuǎn)動軸脫離，并聯(lián)機構(gòu)失去外部動力，在重力作用下做三自由度轉(zhuǎn)動。這樣，通過該套轉(zhuǎn)軸驅(qū)動系統(tǒng)便能為并聯(lián)機構(gòu)施加任意初始偏置，不再借助人的力量，從而實現(xiàn)了慣性參數(shù)測試的自動化。該測試設(shè)備所需傳感系統(tǒng)包括三個拉壓力傳感器、三個十六位絕對式編碼器以及一個雙軸傾角傳感器。其中，三個拉壓力傳感器安裝在連桿靠近動平臺一端，以減少連桿本身質(zhì)量對力測量的影響。三個十六位絕對式編碼器分別安裝在上虎克鉸的十字軸上，能夠?qū)崟r測量動平臺的運動情況。雙軸傾角傳感器安裝在頂部板上，能夠檢測頂部板安裝的水平度，這對于慣性參數(shù)測量是必要的。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，這些具體實施方式都是基于本發(fā)明整體構(gòu)思下的不同實現(xiàn)方式，而且本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護范圍為準。