專利名稱：六維rss加速度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自動控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種測量空間三維線加速度和三維角加速度的六維RSS加速度傳感器。
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)變片或其它檢測元件和轉(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由于彈性體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜，缺乏成熟的設(shè)計理論，因此開發(fā)的技術(shù)難點在于找到易于設(shè)計和制造的彈性體結(jié)構(gòu)。目前，六維加速度傳感器，多采用雙十字梁結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的加速度傳感器存在各向同性較差、設(shè)計和制造難度大等不足。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有六維加速度傳感器存在各向同性較差、設(shè)計和制造難度大等不足，本發(fā)明提供一種六維RSS加速度傳感器。該傳感器將6-RSS并聯(lián)機構(gòu)作為彈性體的力學(xué)模型，完全按現(xiàn)有的并聯(lián)機構(gòu)理論加以分析與設(shè)計。本發(fā)明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)方案作為慣性質(zhì)量塊的慣性平臺和固定平臺之間用3組支鏈連接，所述支鏈在固定平臺呈圓周對稱布置。每組支鏈包括左側(cè)支鏈和右側(cè)支鏈，左、右側(cè)支鏈的結(jié)構(gòu)相同且對稱布置。每條支鏈各有2個彈性球副(S副)和1個彈性轉(zhuǎn)動副(R副)，支鏈主桿兩端彈性球副中心的連線與彈性轉(zhuǎn)動副的轉(zhuǎn)動中心線垂直。每個支鏈由上聯(lián)接桿、彈性球副、支鏈主桿、轉(zhuǎn)動副桿、彈性轉(zhuǎn)動副和下聯(lián)接桿組成，支鏈主桿的兩端為彈性球副，彈性球副分別與上聯(lián)接桿和轉(zhuǎn)動副桿剛性連接，轉(zhuǎn)動副桿與下聯(lián)接桿剛性連接，上聯(lián)接桿和下聯(lián)接桿分別與慣性平臺和定平臺采用過盈配合聯(lián)接；轉(zhuǎn)動副桿上加工有橫截面為矩形的彈性轉(zhuǎn)動副，其表面貼應(yīng)變片。彈性體具有6個微動自由度，與被測的6個加速度分量構(gòu)成對應(yīng)關(guān)系。當(dāng)傳感器隨被測物體運動時，如果有加速度存在，慣性平臺受到相應(yīng)的慣性力或力矩作用，在六個彈性轉(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。電橋中相對兩橋臂的應(yīng)變極性一致。
本發(fā)明的有益效果這種結(jié)構(gòu)的傳感器在彈性體與對應(yīng)的并聯(lián)機構(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??；輸出量合成和分解算法簡單，響應(yīng)快，各向同性好。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進一步說明。
圖1是彈性體對應(yīng)的并聯(lián)機構(gòu)簡圖；圖2是彈性體結(jié)構(gòu)圖；圖3是支鏈結(jié)構(gòu)圖；圖4是支鏈四臂差動電橋。
在圖1、圖2中，1.慣性平臺(慣性質(zhì)量塊)，2.左側(cè)支鏈，3.右側(cè)支鏈，4.固定平臺(安裝底座)。在圖3、圖4中，2-1.上聯(lián)接桿，2-2.彈性球副，2-3.支鏈主桿，2-4.轉(zhuǎn)動副桿，2-5.彈性轉(zhuǎn)動副，2-6.應(yīng)變片，2-7.下聯(lián)接桿。
具體實施例方式
圖1是本發(fā)明公開的一個實施例，慣性平臺(慣性質(zhì)量塊)1和固定平臺4之間用3組支鏈連接，每組支鏈由左側(cè)支鏈2和右側(cè)支鏈3組成，左、右側(cè)支鏈(2，3)的結(jié)構(gòu)相同只是其位姿不同。每個支鏈由上聯(lián)接桿2-1、彈性球副2-2、支鏈主桿2-3、轉(zhuǎn)動副桿2-4、彈性轉(zhuǎn)動副2-5和下聯(lián)接桿2-7組成，支鏈主桿2-3的兩端有彈性球副2-2，彈性球副2-2分別與上聯(lián)接桿2-1和轉(zhuǎn)動副桿2-4剛性連接，轉(zhuǎn)動副桿2-4與下聯(lián)接桿2-7剛性連接，上聯(lián)接桿2-1和下聯(lián)接桿2-7分別與慣性平臺(慣性質(zhì)量塊)1和定平臺4采用過盈配合聯(lián)接，支鏈主桿2-3兩端彈性球副2-2中心的連線與彈性轉(zhuǎn)動副2-5的轉(zhuǎn)動中心線垂直。轉(zhuǎn)動副桿2-4上加工有矩形橫截面彈性轉(zhuǎn)動副2-5，在彈性轉(zhuǎn)動副2-5對應(yīng)的兩個表面上粘貼4個應(yīng)變片2-6。
將固定平臺4固定在被測物上，當(dāng)存在加速度時，慣性平臺1(質(zhì)量塊)受到慣性力或力矩作用，支鏈轉(zhuǎn)動副桿上的轉(zhuǎn)動副2-5產(chǎn)生變形，其上的4應(yīng)變片2-6將反映出應(yīng)變的大小，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)力與慣性平臺慣性塊的質(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，也可以安裝在機器人、汽車、機床等機器的運動部件上進行加速度檢測和運動控制。圖2、圖3和圖4是一種用于機器人腕部運動的加速度檢測傳感器的彈性體、貼片位置和電橋。利用該結(jié)構(gòu)設(shè)計的傳感器可實現(xiàn)手臂的六維空間運動控制。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RSS加速度傳感器，包括慣性平臺(1)和固定平臺(4)，其特征是作為慣性質(zhì)量的慣性平臺(1)和固定平臺(4)由3組均布的支鏈聯(lián)接，每組支鏈包括左側(cè)支鏈(2)和右側(cè)支鏈(3)，左、右側(cè)支鏈(2，3)的結(jié)構(gòu)相同而其位姿不同；所述支鏈在固定平臺(4)呈圓周對稱布置，每條支鏈有兩個彈性球副(2-2)和一個彈性轉(zhuǎn)動副(2-5)，轉(zhuǎn)動副桿(2-4)上加工有矩形橫截面彈性轉(zhuǎn)動副(2-5)，在彈性轉(zhuǎn)動副(2-5)對應(yīng)的兩個表面上粘貼應(yīng)變片(2-6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的六維RSS加速度傳感器，其特征是所述慣性平臺(1)為質(zhì)量塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的六維RSS加速度傳感器，其特征是所述支鏈主桿(2-3)的兩端為彈性球副(2-2)，彈性球副(2-2)分別與上聯(lián)接桿(2-1)和轉(zhuǎn)動副桿(2-4)剛性連接；轉(zhuǎn)動副桿(2-4)與下聯(lián)接桿(2-7)剛性連接；上聯(lián)接桿(2-1)和下聯(lián)接桿(2-7)分別與慣性平臺(1)和定平臺(4)采用過盈配合聯(lián)接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的六維RSS加速度傳感器，其特征是所述支鏈主桿2-3兩端彈性球副2-2中心的連線與彈性轉(zhuǎn)動副2-5的轉(zhuǎn)動中心線垂直。
全文摘要
本發(fā)明公開一種六維RSS加速度傳感器，其特征是作為慣性質(zhì)量的慣性平臺(1)和固定平臺(4)由3組均布的支鏈聯(lián)接，每組支鏈包括左側(cè)支鏈(2)和右側(cè)支鏈(3)，左、右側(cè)支鏈(2，3)的結(jié)構(gòu)相同而其位姿不同；所述支鏈在固定平臺(4)呈圓周對稱布置，每條支鏈有兩個彈性球副(2－2)和一個彈性轉(zhuǎn)動副(2－5)，轉(zhuǎn)動副桿(2－4)上加工有矩形橫截面彈性轉(zhuǎn)動副(2－5)，在彈性轉(zhuǎn)動副(2－5)對應(yīng)的兩個表面上粘貼應(yīng)變片(2－6)。這種結(jié)構(gòu)的六維RSS加速度傳感器在彈性體與對應(yīng)的并聯(lián)機構(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)計誤差小；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G01P15/18GK101034096SQ20071006172
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)明者高峰, 李金良 申請人:燕山大學(xué)