CN108240890B - 一种解耦测量驱动装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及静不平衡量测量系统领域，尤其涉及一种解耦测量驱动装置。由于控制系统将测试台恢复至特定位置差值位置，此位移差值不受叉簧铰链回转中心竖直方向变形位移影响，系统测试台角度方向仍然与负载重量变化前的系统测试台角度方向一致；在位置恢复控制过程中力驱动器构成力矩驱动器，其对叉簧铰链的力作用为零，不会由于力驱动器输出力作用导致叉簧铰链产生竖直方向变形位移；由于叉簧铰链竖直方向变形不影响其转动特性，测试台竖直方向位移不影响力驱动器力输出特性，因此以上位置测量和驱动方法解决了叉簧铰链静不平衡系统面临的负载重量变化和单独力驱动引起的测量状态不一致问题，能够提高测量精度。
Description
技术领域
本发明涉及静不平衡量测量系统领域，尤其涉及一种解耦测量驱动装 置。
背景技术
目前，而目前国内采用的单传感器位置测量和单独力驱动器驱动方法均 会打破系统原有工作状态，导致系统测量状态不一致，降低了系统测量精度， 是我国此类系统静不平衡量测量精度较低的主要原因之一。在位置测量方 面，在测量不同负载过程中以及在同一负载测量与静平衡误差调整过程中， 系统承载重量的变化会导致叉簧铰链回转中心沿竖直方向移动，而控制系统 会驱动系统回归位置传感器原位置，于是在测量不同重量负载时系统会产生 不同角度的倾斜，导致系统测量状态不一致，最终测量精度降低；在力驱动 其方面，单独的力驱动器除了施加必要的驱动力矩的同时，也会产生作用于 叉簧铰链竖直方向的力，其结果与负载重量变化引起的结果相当，也会导致 系统测量状态不一致，最终测量精度降低。。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种解耦测量驱动装置，解决静不平 衡测量系统的测量精度低的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种解耦测量驱动装置，包 括基座、测试台、至少一组叉簧铰链以及与叉簧铰链组数相对应的力驱动器 组、位移传感器组，所述叉簧铰链、力驱动器组和位移传感器组均设置在所 述基座与所述测试台之间，所述叉簧铰链相对于所述基座的中心位置对称设 置，所述力驱动器设置在相邻两个叉簧铰链之间，每个所述力驱动器距离所 述基座中心位置的距离相同，所述位移传感器对应所述力驱动器设置在所述 力驱动器的内侧，每个所述位移传感器距离所述基座中心位置的距离相同，所述叉簧铰链、力驱动器组均与所述基座和测试台固定连接，所述位移传感 器固定设置在所述基座上。
进一步，所述叉簧铰链、力驱动器和位移传感器均设置两个，两个所述 叉簧铰链相对于所述基座的中心位置对称设置，两个所述力驱动器对称设置 在两个所述叉簧铰链连线的两侧，两个所述位移传感器设置在两个所述力驱 动器之间，两个所述位移传感器至两个所述叉簧铰链连线的距离相同。
进一步，两个所述叉簧铰链对称设置在所述基座相对两侧的中间位置， 两个所述力驱动器对称设置在所述基座另外相对两侧的中心位置，两个所述 位移传感器设置在两个所述力驱动器之间，两个所述位移传感器以所述基座 中心为对称中心设置。
进一步，所述簧铰链、力驱动器和位移传感器均设置四个，四个所述叉 簧铰链分别设置在所述基座下表面四个边缘的中心位置处，四个所述叉簧铰 链至所述基座的中心位置的距离相同，四个所述力驱动器分别设置在相邻两 个所述叉簧铰链之间，所述力驱动器与所述基座的的中心位置连线经过相邻 两个所述叉簧铰链的对称中心，每个所述力驱动器至所述基座的中心位置的 距离相同，四个所述位移传感器分别对应设置在所述力驱动器与所述基座的 中心位置之间，四个所述位移传感器至所述基座的中心位置的距离相同。
本发明提供一种解耦测量驱动装置，包括基座、测试台、至少一组叉簧 铰链以及与叉簧铰链组数相对应的力驱动器组、位移传感器组，所述叉簧铰 链、力驱动器组和位移传感器组均设置在所述基座与所述测试台之间，所述 叉簧铰链相对于所述基座的中心位置对称设置，所述力驱动器设置在相邻两 个叉簧铰链之间，每个所述力驱动器距离所述基座中心位置的距离相同，所 述位移传感器对应所述力驱动器设置在所述力驱动器的内侧，每个所述位移 传感器距离所述基座中心位置的距离相同，所述叉簧铰链、力驱动器组均与所述基座和测试台固定连接，所述位移传感器固定设置在所述基座上。这样， 由于控制系统将测试台恢复至特定位置差值位置，此位移差值不受叉簧铰链 回转中心竖直方向变形位移影响，系统测试台角度方向仍然与负载重量变化 前的系统测试台角度方向一致；在位置恢复控制过程中力驱动器构成力矩驱 动器，其对叉簧铰链的力作用为零，不会由于力驱动器输出力作用导致叉簧 铰链产生竖直方向变形位移；由于叉簧铰链竖直方向变形不影响其转动特 性，测试台竖直方向位移不影响力驱动器力输出特性，因此以上位置测量和驱动方法解决了叉簧铰链静不平衡系统面临的负载重量变化和单独力驱动 引起的测量状态不一致问题，能够提高测量精度。
附图说明
图1为本发明一种解耦测量驱动装置的测量状态示意图；
图2为本发明一种解耦测量驱动装置实施例1单轴系统结构示意图；
图3为本发明一种解耦测量驱动装置实施例1部件分布示意图；
图4为本发明一种解耦测量驱动装置实施例2双轴系统结构示意图；
图5为本发明一种解耦测量驱动装置实施例2部件分布示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、基座，2、测试台，3、叉簧铰链，4、力驱动器，5、位移传感器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本 发明，并非用于限定本发明的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“中心”、“内”、 “外”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置 关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置 或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对 本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语 “安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以 是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是 直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对 于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具 体含义。
实施例1：
如图1所示，对于由两个叉簧铰链3组成的单轴系统，两叉簧铰链3构 成测试台2旋转轴，设为X轴，两叉簧铰链3中间位置为X轴原点；Y轴以 两叉簧铰链3中间位置为原点、垂直于X轴、平行于测量台面。两只位移传 感器5安装位置坐标分别为PX1(xpx1,ypx1)、PX2(xpx2,ypx2)，敏感的位移 变化量为Δpx1、Δpx2；两只力驱动器4位置坐标分别为FX1(xfx1,yfx1)、 FX2(xfx2,yfx2)；输出力分别为fx1、fx2。为减小系统非线性所选择的两只力驱动器4具有相同性能，两只位移传感器5具有相同性能，位移传感器5 及力驱动器4选择、安装方法为：
两只力驱动器4性能相同，两只位移传感器5性能相同；
力驱动器4输出力：fx1＝-fx2＝fx，即两只力驱动器4输出力大小相等， 方向相反；
力驱动器4安装位置：yfx1＝-yfx2＝-yfx≠0，即两只力驱动器4安装于 铰链两侧，且与叉簧铰链3回转轴距离相等；
位移传感器5安装位置：ypx1＝-ypx2≠0，即位置传感器安装于叉簧铰 链3两侧，且与铰链回转轴距离相等；
两只力驱动器4输出的绕X轴方向的驱动力矩Tx的解耦输出形式为(以 逆时针方向为正)：
Tx＝2fxyfx
四只位移传感器5测量的绕X、Y轴方向的台面倾斜角度θx、θy解耦 测量形式为(以逆时针方向为正)：
θx＝(Δpx1-Δpx2)/(ypx1-ypx2)
力驱动器4与位置传感器间位置关系：力驱动器4安装位置X方向(沿 叉簧铰链3回转轴方向)坐标xfx1、xfx2，以及位移传感器5安装位置X方 向(沿叉簧铰链3回转轴方向)坐标满足关系xpx1＝xfx1＝xpx2＝xfx2，即位移 传感器5与力驱动器4安装在垂直于叉簧铰链3旋转轴的同一平面上。
实施例2
如图2所示，对于由四个叉簧铰链3组成的单轴系统。两对儿叉簧铰链 3构成测试台2X、Y方向旋转轴，对应每个旋转轴各在两侧安装两只位置传 感器和两只力驱动器4。对应X轴旋转的位移传感器5位置坐标分别为 PX1(xpx1,ypx1)、PX2(xpx2,ypx2)，对应Y轴旋转的位移传感器5位置坐标 分别为PY1(xpy1,ypy1)、PY2(xpy2,ypy2)，所敏感位移变化分别为Δpx1、 Δpx2、Δpy1、Δpy2；对应X轴旋转的力驱动器4位置坐标分别为 FX1(xfx1,yfx1)、FX2(xfx2,yfx2)，对应Y轴旋转的力驱动器4安装位置坐 标分别为FY1(xfy1,yfy1)、FY2(xfy2,yfy2)，所输出力分别为fx1、fx2、 fy1、fy2。位移传感器5及力驱动器4选择、安装方法为：
四只力驱动器4性能相同，四只位移传感器5性能相同；
力驱动器4输出力：fx1＝-fx2＝fx，fy1＝-fy2＝fy，即对应X旋转轴 的两只力驱动器4输出力大小相等，方向相反，对应Y旋转轴的两只力驱动 器4输出力大小相等，方向相反，且任何时刻4个力驱动器4输出力之和为 零；
力驱动器4安装位置：yfx1＝-yfx2≠0，xfx1×xfx2<0，xfy1＝-xfy2≠0， yfy1×yfy2<0，即对应X旋转轴的两只力驱动器4安装于X轴两侧，且与X 轴距离相等，对应Y旋转轴的两只力驱动器4安装于Y轴两侧，且与Y轴距 离相等，对应X轴的两只力驱动器4与对应Y轴的两只力驱动器4交叉安装；
位移传感器5安装：ypx1＝-ypx2≠0，xpx1×xpx2<0，xpy1＝-xpy2≠0， ypy1×ypy2<0，即对应X旋转轴的两只位置传感器安装于X轴两侧，且与X 轴距离相等，对应Y旋转轴的两只位置传感器安装于Y轴两侧，且与Y轴距 离相等，对应X轴的两只位移传感器5与对应Y轴的两只力驱动器4交叉安 装；
四只力驱动器4输出的绕X、Y轴方向的驱动力矩Tx、Ty的解耦输出形 式为(以逆时针方向为正)：
Tx＝2fxyfx+2fyyfy，Ty＝2fxyfx-2fyyfy
四只位移传感器5测量的绕X、Y轴方向的台面倾斜角度θx、θy解耦 测量形式为(以逆时针方向为正)：
力驱动器4与位置传感器间位置关系：对于在X、Y方向要求测量精度 相同的系统，xpx1＝ypx1＝-xpx2＝-ypx2＝-xpy1＝ypy1＝xpy2＝-ypy2， xfx1＝yfx1＝-xfx2＝-yfx2＝-xfy1＝yfy1＝xfy2＝-yfy2。即位移传感器5与力驱 动感器围绕X、Y轴原点按照90°间隔轴对称安装。
也可将位置传感器和力驱动器4沿X，Y轴线布置，将对应于X测量方 向的位置传感器和力驱动器4布置在Y轴轴线上，将对应于Y测量方向的位 置传感器和力驱动器4布置在X轴轴线上，此种实现方式包含于以上所声明 的实现方式中，为一种特殊性情况。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明 的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发 明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种解耦测量驱动装置，其特征在于：包括基座(1)、测试台(2)、至少一组叉簧铰链(3)以及与叉簧铰链(3)组数相对应的力驱动器(4)组、位移传感器(5)组，所述叉簧铰链(3)、力驱动器(4)组和位移传感器(5)组均设置在所述基座(1)与所述测试台(2)之间，所述叉簧铰链(3)相对于所述基座(1)的中心位置对称设置，所述力驱动器(4)设置在相邻两个叉簧铰链(3)之间，每个所述力驱动器(4)距离所述基座(1)中心位置的距离相同，所述位移传感器(5)对应所述力驱动器(4)设置在所述力驱动器(4)的内侧，每个所述位移传感器(5)距离所述基座(1)中心位置的距离相同，所述叉簧铰链(3)、力驱动器(4)组均与所述基座(1)和测试台(2)固定连接，所述位移传感器(5)固定设置在所述基座(1)上；
所述叉簧铰链(3)、力驱动器(4)和位移传感器(5)均设置两个，两个所述叉簧铰链(3)相对于所述基座(1)的中心位置对称设置，两个所述力驱动器(4)对称设置在两个所述叉簧铰链(3)连线的两侧，两个所述位移传感器(5)设置在两个所述力驱动器(4)之间，两个所述位移传感器(5)至两个所述叉簧铰链(3)连线的距离相同；
两个所述叉簧铰链(3)对称设置在所述基座(1)相对两侧的中间位置，两个所述力驱动器(4)对称设置在所述基座(1)另外相对两侧的中心位置，两个所述位移传感器(5)设置在两个所述力驱动器(4)之间，两个所述位移传感器(5)以所述基座(1)中心为对称中心设置；
或，所述簧铰链、力驱动器(4)和位移传感器(5)均设置四个，四个所述叉簧铰链(3)分别设置在所述基座(1)下表面四个边缘的中心位置处，四个所述叉簧铰链(3)至所述基座(1)的中心位置的距离相同，四个所述力驱动器(4)分别设置在相邻两个所述叉簧铰链(3)之间，所述力驱动器(4)与所述基座(1)的中心位置连线经过相邻两个所述叉簧铰链(3)的对称中心，每个所述力驱动器(4)至所述基座(1)的中心位置的距离相同，四个所述位移传感器(5)分别对应设置在所述力驱动器(4)与所述基座(1)的中心位置之间，四个所述位移传感器(5)至所述基座(1)的中心位置的距离相同。
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