專利名稱：六維sps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并聯(lián)結(jié)構(gòu)SPS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)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，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，設(shè)計的計算量也大。

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)明提供一種六維并聯(lián)結(jié)構(gòu)SPS加速度傳感器，該六維并聯(lián)結(jié)構(gòu)SPS加速度傳感器以6-SPS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)方案是在六自由度6-SPS并聯(lián)機(jī)構(gòu)模型的基礎(chǔ)上，采用球形慣性質(zhì)量塊代替上平臺，彈性鉸鏈代替原機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動副，構(gòu)成該傳感器的彈性體模型。作為慣性質(zhì)量塊的球形慣性平臺和固定平臺由3組呈圓周均布的支鏈聯(lián)接，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；每條支鏈有2個彈性球副(S副)和1個彈性移動副(P副)，每條支鏈的彈性移動副由一對平行板組成，平行板上貼有應(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，慣性平臺的質(zhì)量塊受到相應(yīng)的慣性力或力矩作用，六個彈性移動副上會產(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)明的有益效果是這種結(jié)構(gòu)下的傳感器在彈性體與對應(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?。惠敵隽亢铣珊头纸馑惴ê唵?，響應(yīng)快；各向同性好。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
圖1是六維SPS加速度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是六維SPS加速度傳感器的機(jī)構(gòu)簡圖；圖3是支鏈的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是支鏈對應(yīng)的的四臂差動電橋。
在圖1和圖2中，1.慣性平臺(慣性質(zhì)量塊)，2.右側(cè)支鏈，3左側(cè)支鏈，4.固定平臺(安裝底座)，在圖3和圖4中，2-1.支鏈主桿，2-2.支鏈平行板，2-3.應(yīng)變片，每條支鏈上4個；2-4.彈性球副，2-5.下聯(lián)接桿。
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(慣性質(zhì)量塊)1和固定平臺4之間用3組支鏈連接，3組支鏈慣性平臺(慣性質(zhì)量塊)1和固定平臺4呈圓周均布，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。每個支鏈由支鏈主桿2-1、彈性移動副2-2、彈性球副2-4和下聯(lián)接桿2-5組成，支鏈主桿2-1和下聯(lián)接桿2-5的端部有彈性球副2-4，彈性球副2-4分別與慣性平臺(慣性質(zhì)量塊)1和固定平臺4采用過盈配合聯(lián)接；彈性移動副2-2有一對平行板，在平行板的表面上粘貼4個應(yīng)變片2-3。
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(慣性質(zhì)量塊)1受到慣性力或力矩作用，支鏈主桿2-1上的彈性移動副2-2的一對平行板產(chǎn)生變形，平行板上的4個應(yīng)變片2-3將反映出應(yīng)變的大小，通過6個外接四臂差動電橋得到相應(yīng)的6個支鏈的受力大小；通過支鏈內(nèi)力與慣性平臺的質(zhì)量及慣性矩即可求出被測加速度的大小和方向。
本發(fā)明可直接應(yīng)用在多維加速度測試系統(tǒng)上，也可以安裝在機(jī)器人、汽車和機(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。圖2、圖3和圖4就是一種用于機(jī)器人腕部運(yùn)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SPS加速度傳感器，包括慣性平臺(1)和固定平臺(4)，其特征是慣性平臺(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(2-4)和一個彈性移動副(2-2)，彈性移動副(2-2)有一對平行板，在平行板的表面上粘貼應(yīng)變片(2-3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的六維SPS加速度傳感器，其特征是所述慣性平臺(1)為慣性質(zhì)量塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的六維SPS加速度傳感器，其特征是所述支鏈主桿(2-1)的兩端為彈性球副(2-4)，彈性球副(2-4)分別與慣性平臺(1)過盈配合聯(lián)接和下聯(lián)接桿(2-5)剛性連接，下聯(lián)接桿(2-5)與定平臺(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SPS加速度傳感器，其特征是所述支鏈主桿(2-1)兩端的彈性球副(2-2)中心線相互平行。
全文摘要
本發(fā)明公開一種六維并聯(lián)結(jié)構(gòu)SPS加速度傳感器，涉及自動控制技術(shù)領(lǐng)域。其特征是慣性平臺(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(2－4)和一個彈性移動副(2－2)，彈性移動副(2－2)有一對平行板，在平行板的表面上粘貼應(yīng)變片(2－3)。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?。惠敵隽亢铣珊头纸馑惴ê唵?，響應(yīng)快；各向同性好。
文檔編號G01P15/18GK101034097SQ20071006172
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)