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基于6-SPS并联机构的压电式六维加速度传感器的研究

尤晶晶  
【摘要】: 六维加速度传感器是一个多学科交叉的机电一体化系统,是机器人、航空航天等领域获得动力学参数的一种惯性元件。与六维加速度传感器相关的一些关键技术问题未彻底解决,国内外对其研究还处于探索阶段。本文提出并研究了一种新型的基于6-SPS并联机构的压电式六维加速度传感器,具有灵敏度高、精度高、量程大、工作频带宽等优点。 本文首先针对国内外有关多维加速度传感器的理论分析与实验研究进行了比较深入和系统的分析,总结了现阶段六维加速度传感器存在的问题。然后,运用螺旋理论、矢量力学以及分析力学中的Kane方法对提出的传感器系统的运动学、动力学进行了全面的分析,建立了系统的振动微分方程。定义了传感器的灵敏度,从理论上推导出其解析表达式,并且得到了传感器的灵敏度与其结构参数之间的影响关系曲线。通过线性化动力学方程建立传感器的振型方程,并巧妙地运用矩阵迭代法进行求解,进而得到系统的六阶固有频率及其对应的振型,同时研究了传感器的基频随结构参数的变化规律,并将理论计算结果与ADAMS仿真结果进行了比较。首次提出了弹性球铰链柔度精度比的概念,并以此为指标对铰链的结构进行了优化设计。制作了传感器的样机,并在LabVIEW 8.6平台上开发出其测量系统,传感器在激振器上进行了实际测量,实验取得了令人满意的结果,证明了本文研究的有效性。最后,基于拓扑学理论研究了传感器机构的解耦特性。 本文的研究工作为六维加速度传感器的开发奠定了理论基础,具有重要的理论意义与实际价值。


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