CN101034097A - 六维sps加速度传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种六维并联结构SPS加速度传感器，涉及自动控制技术领域。其特征是：惯性平台(1)和固定平台(4)由3组均布的支链联接，每组支链包括左侧支链(2)和右侧支链(3)，左、右侧支链(2，3)的结构相同而其位姿不同；所述支链在固定平台(4)呈圆周对称布置，每条支链有两个弹性球副(2－4)和一个弹性移动副(2－2)，弹性移动副(2－2)有一对平行板，在平行板的表面上粘贴应变片(2－3)。本发明的弹性体与对应的并联机构力学模型完全对应，有规范成熟的设计理论，因而理论设计误差小；输出量合成和分解算法简单，响应快；各向同性好。

Description

六维SPS加速度传感器

技术领域

本发明涉及一种自动控制技术领域，特别是涉及一种测量空间三维线加速度和三维角加速度的六维并联结构SPS加速度传感器。

背景技术

加速度传感器一般由弹性体、应变片(或其他元件)和转换电路构成。当存在待测加速度时，弹性体会受到质量块惯性力或力矩的作用发生变形，通过应变片以及转换电路得到相应的线加速度或角加速度。目前三维以下的加速度传感器技术比较成熟，市场上的产品也较多。对于六维加速度传感器，其弹性体结构复杂，缺乏成熟的设计理论，因此开发的技术难点在于找到易于设计和制造的弹性体结构。目前，六维加速度传感器多采用双十字梁结构，该结构的加速度传感器各向同性较差，设计的计算量也大。

发明内容

为了克服现有六维加速度传感器在弹性体结构和设计方法上的不足，本发明提供一种六维并联结构SPS加速度传感器，该六维并联结构SPS加速度传感器以6-SPS并联机构作为弹性体的力学模型，完全按现有的并联机构理论加以分析与设计，该传感器能够测量空间三维线加速度和三维角加速度。

本发明所采用的技术方案是：在六自由度6-SPS并联机构模型的基础上，采用球形惯性质量块代替上平台，弹性铰链代替原机构中的运动副，构成该传感器的弹性体模型。作为惯性质量块的球形惯性平台和固定平台由3组呈圆周均布的支链联接，每组支链包括左侧支链和右侧支链，左、右侧支链的结构相同且对称布置；每条支链有2个弹性球副(S副)和1个弹性移动副(P副)，每条支链的弹性移动副由一对平行板组成，平行板上贴有应变片。当传感器随被测物体运动时，如果有加速度存在，惯性平台的质量块受到相应的惯性力或力矩作用，六个弹性移动副上会产生相应的应变，通过外接四臂差动电桥得到相应的六个输出信号；电桥中相对两桥臂的应变极性一致。

本发明的有益效果是：这种结构下的传感器在弹性体与对应的并联机构力学模型完全对应，有规范成熟的设计理论，因而理论设计误差小；输出量合成和分解算法简单，响应快；各向同性好。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是六维SPS加速度传感器的结构示意图；

图2是六维SPS加速度传感器的机构简图；

图3是支链的结构示意图；

图4是支链对应的的四臂差动电桥。

在图1和图2中，1.惯性平台(惯性质量块)，2.右侧支链，3左侧支链，4.固定平台(安装底座)，在图3和图4中，2-1.支链主杆，2-2.支链平行板，2-3.应变片，每条支链上4个；2-4.弹性球副，2-5.下联接杆。

具体实施方式

图1是本发明公开的一个实施例，惯性平台(惯性质量块)1和固定平台4之间用3组支链连接，3组支链惯性平台(惯性质量块)1和固定平台4呈圆周均布，每组支链由左侧支链2和右侧支链3组成，左、右侧支链(2，3)的结构相同只是其位姿不同。每个支链由支链主杆2-1、弹性移动副2-2、弹性球副2-4和下联接杆2-5组成，支链主杆2-1和下联接杆2-5的端部有弹性球副2-4，弹性球副2-4分别与惯性平台(惯性质量块)1和固定平台4采用过盈配合联接；弹性移动副2-2有一对平行板，在平行板的表面上粘贴4个应变片2-3。

将固定平台4固定在被测物上，当存在加速度时，惯性平台(惯性质量块)1受到惯性力或力矩作用，支链主杆2-1上的弹性移动副2-2的一对平行板产生变形，平行板上的4个应变片2-3将反映出应变的大小，通过6个外接四臂差动电桥得到相应的6个支链的受力大小；通过支链内力与惯性平台的质量及惯性矩即可求出被测加速度的大小和方向。

本发明可直接应用在多维加速度测试系统上，也可以安装在机器人、汽车和机床等机器的运动部件上进行加速度检测和运动控制。图2、图3和图4就是一种用于机器人腕部运动的加速度检测传感器的弹性体、贴片位置和电桥。利用该结构设计的传感器实现手臂的六维空间运动控制。它亦可直接安装在加速度测试仪上，用来测量空间六维加速度。

Claims (4)

1.一种六维SPS加速度传感器，包括惯性平台(1)和固定平台(4)，其特征是：惯性平台(1)和固定平台(4)由3组均布的支链联接，每组支链包括左侧支链(2)和右侧支链(3)，左、右侧支链(2，3)的结构相同而其位姿不同；所述支链在固定平台(4)呈圆周对称布置，每条支链有两个弹性球副(2-4)和一个弹性移动副(2-2)，弹性移动副(2-2)有一对平行板，在平行板的表面上粘贴应变片(2-3)。

2.根据权利要求1所述的六维SPS加速度传感器，其特征是：所述惯性平台(1)为惯性质量块。

3.根据权利要求1或2所述的六维SPS加速度传感器，其特征是：所述支链主杆(2-1)的两端为弹性球副(2-4)，弹性球副(2-4)分别与惯性平台(1)过盈配合联接和下联接杆(2-5)刚性连接，下联接杆(2-5)与定平台(4)采用过盈配合联接。

4.根据权利要求3所述的六维SPS加速度传感器，其特征是：所述支链主杆(2-1)两端的弹性球副(2-2)中心线相互平行。

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