專利名稱：六維正交解耦rss加速度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用來測量空間三維線加速度和三維角加速度的六維正交解耦RSS加速度傳感器。屬于自動控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
加速度傳感器一般由彈性體、應(yīng)變片(或其他元件)和轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成。當(dāng)存在待測加速度時，彈性體會受到質(zhì)量塊慣性力或力矩的作用發(fā)生變形，通過應(yīng)變片以及轉(zhuǎn)換電路得到相應(yīng)的線加速度或角加速度。目前三維以下的加速度傳感器技術(shù)比較成熟，市場上的產(chǎn)品也較多。對于六維加速度傳感器，其彈性體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，缺乏成熟的設(shè)計理論，因此開發(fā)六維加速度傳感器的技術(shù)難點(diǎn)在于找到易于設(shè)計和制造的彈性體結(jié)構(gòu)。目前，對于六維加速度傳感器，多采用雙十字梁結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的加速度傳感器各向同性較差，耦合程度高，設(shè)計和使用中的計算量較大。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有六維加速度傳感器在彈性體結(jié)構(gòu)和設(shè)計方法上的不足，本發(fā)明提供了一種六維正交解耦RSS加速度傳感器，將正交6-RSS并聯(lián)機(jī)構(gòu)作為彈性體的力學(xué)模型，完全按現(xiàn)有的并聯(lián)機(jī)構(gòu)理論加以分析與設(shè)計。該傳感器能夠測量空間三維線加速度和三維角加速度。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是首先對六自由度6-RSS并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了構(gòu)型，得到了一種全新的正交6-RSS并聯(lián)機(jī)構(gòu)。該傳感器的慣性平臺和固定平臺由3組平行的支鏈聯(lián)接，每組支鏈的主桿間兩兩垂直。每條支鏈各有2個球副(S副)和1個轉(zhuǎn)動副(R副)，主桿兩端的球副中心連線與轉(zhuǎn)動副桿及轉(zhuǎn)動副的軸線相垂直。彈性體具有6個微動自由度，剛好與被測的6個加速度分量構(gòu)成對應(yīng)關(guān)系，并且具有良好的解耦性。慣性平臺和固定平臺之間的每條支鏈中均有一個作為彈性轉(zhuǎn)動副的短薄板，薄板貼有應(yīng)變片，當(dāng)傳感器隨被測物體運(yùn)動時，如果有加速度存在，質(zhì)量塊受到相應(yīng)的慣性力或力矩作用，六個彈性轉(zhuǎn)動副上會產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)變，通過外接四臂差動電橋得到相應(yīng)的六個輸出信號。
本發(fā)明的有益效果是這種結(jié)構(gòu)傳感器的彈性體與對應(yīng)的并聯(lián)機(jī)構(gòu)力學(xué)模型完全對應(yīng)，有規(guī)范成熟的設(shè)計理論，因而理論設(shè)計誤差?。挥捎谄錂C(jī)構(gòu)模型具有良好的解耦性，輸出量合成和分解算法簡單，響應(yīng)快；各向同性好。


圖1是六維正交解耦RSS彈性體對應(yīng)的并聯(lián)機(jī)構(gòu)簡圖；圖2是六維正交解耦RSS加速度傳感器彈性體結(jié)構(gòu)圖；圖3是彈性體支鏈結(jié)構(gòu)圖；圖4是傳感器支鏈四臂差動電橋。
在圖1、圖2、圖3和圖4中，1.慣性平臺(慣性質(zhì)量塊)，2.支鏈，3.固定平臺(安裝底座)，2-1.彈性球副，2-2.支鏈主桿，2-3.轉(zhuǎn)動副桿，2-4.為轉(zhuǎn)動副，2-5.應(yīng)變片，支鏈端部與平臺采用過盈配合聯(lián)接。
具體實(shí)施例方式
圖1是本發(fā)明公開的一個實(shí)施例，慣性平臺1和固定平臺3之間用3組支鏈連接，慣性平臺1為正多面體慣性或球形質(zhì)量塊，每組支鏈由兩個支鏈2組成，它們的支鏈主桿2-2在空間兩兩垂直，與每組支鏈2連接的固定平臺3在空間相互垂直。每條支鏈2有2個球副(S副)和1個轉(zhuǎn)動副(R副)，支鏈2由支鏈主桿2-2、彈性球副2-1、轉(zhuǎn)動副桿2-3和轉(zhuǎn)動副2-4組成，支鏈主桿2-2的兩端為彈性球副2-1，彈性球副2-1與慣性平臺1過盈配合聯(lián)接與轉(zhuǎn)動副桿2-3剛性連接，轉(zhuǎn)動副桿2-3與定平臺3過盈配合聯(lián)接，轉(zhuǎn)動副桿2-3上加工有橫截面為矩形的彈性轉(zhuǎn)動副，其表面貼4個應(yīng)變片2-5。應(yīng)變片2-5的引線接外接四臂差動電橋。
將下平臺3固定在被測物上，當(dāng)存在加速度時，慣性平臺1受到慣性力或力矩作用，轉(zhuǎn)動副桿2-3上的彈性轉(zhuǎn)動副2-4產(chǎn)生變形，應(yīng)變片2-5將反映出應(yīng)變的大??；通過6個外接四臂差動電橋得到相應(yīng)的6個支鏈的受力大??；通過支鏈內(nèi)力與慣性平臺1(慣性質(zhì)量塊)的質(zhì)量及慣性矩即可求出被測加速度的大小和方向。
六維正交解耦RSS加速度傳感器，可直接應(yīng)用在多維加速度測試系統(tǒng)上，也可以安裝在機(jī)器人、汽車、機(jī)床等機(jī)器的運(yùn)動部件上進(jìn)行加速度檢測和運(yùn)動控制。附圖就是應(yīng)用在機(jī)器人腕部運(yùn)動加速度檢測的傳感器。利用該結(jié)構(gòu)設(shè)計的傳感器實(shí)現(xiàn)手臂的六維空間運(yùn)動控制。它亦可直接安裝在加速度測試儀上，用來測量空間六維加速度。
權(quán)利要求
1.一種六維正交解耦RSS加速度傳感器，包括慣性平臺(1)和固定平臺(3)，其特征是慣性平臺(1)和固定平臺(3)之間用3組支鏈連接，每條支鏈(2)有2個彈性球副(2-1)和1個轉(zhuǎn)動副(2-4)，每組支鏈由兩個支鏈(2)組成，每組支鏈主桿(2-2)在空間兩兩垂直；與每組支鏈連接的固定平臺(3)在空間相互垂直；轉(zhuǎn)動副桿2-3上加工有橫截面為矩形的彈性轉(zhuǎn)動副(2-4)，彈性轉(zhuǎn)動副(2-4)的兩個表面貼應(yīng)變片(2-5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的六維正交解耦RSS力傳感器，其特征是所述慣性平臺(1)為正多面體慣性或球形質(zhì)量塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的六維正交解耦RSS加速度傳感器，其特征是支鏈主桿(2-2)的兩端為彈性球副(2-1)，彈性球副(2-1)與慣性平臺(1)過盈配合聯(lián)接與轉(zhuǎn)動副桿(2-3)剛性連接，轉(zhuǎn)動副桿(2-3)與定平臺(3)過盈配合聯(lián)接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的六維正交解耦RSS加速度傳感器，其特征是支鏈主桿(2-2)兩端的彈性球副(2-1)的中心連線與轉(zhuǎn)動副桿(2-3)和轉(zhuǎn)動副(2-4)的軸線相垂直。
全文摘要
本發(fā)明公開一種六維正交解耦RSS加速度傳感器，其特征是慣性平臺(1)和固定平臺(3)之間用3組支鏈連接，每組支鏈由兩個支鏈(2)組成，每組支鏈主桿(2－2)在空間兩兩垂直，與每組支鏈連接的固定平臺(3)在空間相互垂直；所述慣性平臺(1)為正多面體慣性或球形質(zhì)量塊；每條支鏈(2)有2個彈性球副(2－1)和1個轉(zhuǎn)動副(2－4)，轉(zhuǎn)動副桿2－3上加工有橫截面為矩形的彈性轉(zhuǎn)動副(2－4)，彈性轉(zhuǎn)動副(2－4)的兩個表面貼應(yīng)變片(2－5)。本發(fā)明的彈性體與對應(yīng)的并聯(lián)機(jī)構(gòu)力學(xué)模型完全對應(yīng)，有規(guī)范成熟的設(shè)計理論，因而理論設(shè)計誤差?。挥捎谄錂C(jī)構(gòu)模型具有良好的解耦性，輸出量合成和分解算法簡單，響應(yīng)快；各向同性好。
文檔編號G01P15/18GK101034095SQ20071006172
公開日2007年9月12日 申請日期2007年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月17日
發(fā)明者李金良 申請人:燕山大學(xué)