CN109630101A - 一种基于微力并联机构的六维加速度传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于微力并联机构的六维加速度传感器，包括传感平台，传感平台包括质量块、底座和六连杆，每一连杆上端与质量块铰接，下端铰接一铰接座，每一铰接座下端连接一传感器组件，压力传感器组件包括压板和两压力传感器，两压力传感器上下相对设置于底座内，两压力传感器之间形成夹缝，压板中部可转动的设置于底座上，铰接座固定于压板一端，压板另一端设置于夹缝内，质量块受力时所有连杆运动均带动各自连接的压板转动，从而使每一压板一端挤压其上方或下方的压力传感器，压力传感器检测连杆受力。本发明的有益效果：连杆通过杠杆原理将受力放大，压力传感器检测连杆，准确计算出质量块的六维加速度，从而准确反映地层的实际情况。
Description
技术领域
本发明涉及海上钻探设备技术领域，尤其涉及一种基于微力并联机构的六维加速度传感器。
背景技术
在钻机钻进时为了能更好的探测地层的情况，需要六加速度传感器对钻头的运动情况进行准确的反映，而钻头的运动在一定程度上可以反应地层的情况，对钻探工作起到较积极的作用，提高探知地下溶洞等复杂的地下环境的效率。目前的多维加速度传感器中，主要存在加工工艺性差、结构复杂、维度小、结构刚性低、对耐热性差、精度低等问题，无法实现对钻头运动的精确描述。
发明内容
有鉴于此，本发明的实施例提供了一种基于微力并联机构的六维加速度传感器。
本发明的实施例提供一种基于微力并联机构的六维加速度传感器，包括传感平台，所述传感平台包括质量块、底座和六连杆，所述连杆为刚性连杆，每一所述连杆上端与所述质量块铰接，下端铰接一铰接座，每一所述铰接座下端连接一传感器组件，所述压力传感器组件包括压板和两压力传感器，两所述压力传感器上下相对设置于所述底座内，两所述压力传感器之间形成夹缝，所述压板中部可转动的设置于所述底座上，所述铰接座固定于压板一端，所述压板另一端设置于所述夹缝内，所述质量块受力时所有连杆运动均带动各自连接的所述压板转动，从而使每一所述压板一端挤压其上方或下方的所述压力传感器，所述压力传感器检测所述连杆受力。
进一步地，六所述连杆两个一组分为三连杆组，每一所述连杆组的两所述连杆排列成V形，三所述连杆组下端列成正三角形，且任意相邻两连杆组的相邻两所述连杆排列成倒置的V形。
进一步地，所述底座包括相对设置的上固定座和下固定座，六所述压力传感器设置于所述上固定座下表面，另外六所述压力传感器设置于所述下固定座上表面，且这些压力传感器一一上下相对设置形成六所述夹缝，所述上固定座和所述下固定座之间设有平台板，所述平台板上设有六个收容槽，每一所述收容槽设置于一所述夹缝的外侧，每一所述压板收容于一所述收容槽内，且每一所述压板中部设有转轴，所述转轴两端固定于所述收容槽两侧，每一所述压板一端固定所述铰接座，另一端设置于一所述夹缝内。
进一步地，所述压板包括水平板和侧板，所述水平板一端固定连接所述铰接座，中部设有所述转轴，另一端垂直连接所述侧板，所述侧板设置于所述夹缝内。
进一步地，所述平台板包括上部的上平板和下部的下平板，所述收容槽贯穿所述上平板和所述下平板。
进一步地，所述上固定座和所述下固定座均内设六个固定孔，每一所述固定孔内设置一所述压力传感器，所述压力传感器与所述固定孔过盈配合从而固定。
进一步地，所述连杆上端设有球头轴承，下端设有虎克铰上铰链座，所述铰接座为虎克铰下铰链座，每一所述连杆上端的所述球头轴承与所述质量块铰接，下端的所述虎克铰上铰链座与所述虎克铰下铰链座铰接。
进一步地，每一所述连杆下端的所述虎克铰上铰链座通过虎克铰十字轴与所述虎克铰下铰链座铰接。
进一步地，所述球头轴承下端螺纹连接所述连杆上端，所述球头轴承上端内侧通过螺栓连接所述质量块。
进一步地，所述压力传感器为压电式传感器。
本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明一种基于微力并联机构的六维加速度传感器，质量块在受到外力传到六连杆上，连杆通过杠杆原理将受力放大，六个压力传感器分别检测出六连杆受力，由于连杆雅克比固定，六维加速度与连杆受力成线性关系，从而更准确计算出质量块的六维加速度，质量块的六维加速度可准确反映地层的实际情况，传感平台属于并联机构精度高、刚性好且整个六维加速度传感器体积小，便于与钻头配合使用。
附图说明
图1是本发明一种基于微力并联机构的六维加速度传感器的主视图；
图2是本发明一种基于微力并联机构的六维加速度传感器的俯视图；
图3是本发明一种基于微力并联机构的六维加速度传感器的左视图。
图中：1-上铰链座、2-虎克铰十字轴、3-铰接座、4-上固定座、5-上平板、6-紧固螺栓、7-下固定座、8-下平板、9-压力传感器、10-转轴、11-水平板、12-紧固螺钉、13-连杆、14-球头轴承下端、15-球头轴承上端、16-垫块、17-质量块、18-上盖板、19-套筒、20-下盖板、21-压板、22-收容槽、23-侧板。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参考图1，本发明的实施例提供了一种基于微力并联机构的六维加速度传感器，包括传感平台，所述传感平台包括质量块17、底座和六连杆13。
本实施例中所述连杆13选择钢杆，六所述连杆13两个一组分为三连杆组，每一所述连杆组的两所述连杆13排列成V形，三所述连杆组下端列成正三角形，且任意相邻两连杆组的相邻两所述连杆13排列成倒置的V形，这样使整个并联机构传感平台精度高、刚性好。
每一所述连杆13上端设有球头轴承，所述球头轴承下端14与所述连杆13上端螺纹连接，所述球头轴承上端15与铰接螺栓24的螺帽一端铰接，所述质量块上设有六垫块16，所述铰接螺栓24的螺杆一端通过螺纹连接所述质量块17的一所述垫块16，从而将所述连杆13上端和所述质量块17铰接。每一所述连杆13下端设有虎克铰上铰链座1，所述上铰链座1为叉形铰链座，每一所述连杆13下端的所述虎克铰上铰链座1通过虎克铰十字轴2铰接一铰接座3，所述铰接座3为叉形虎克铰下铰链座，且每一下铰接座3下端连接一传感器组件。
请参考图2和图3，所述底座包括包括上下相对设置的上固定座4和下固定座7，所述上固定座4和所述下固定座7之间夹有平台板，所述平台板包括上部的上平板5和下部的下平板8，所述上平板5上设有六个收容槽22，且这六个收容槽22均贯穿所述下平板8，每一所述收容槽22内侧所述上固定座4和所述下固定座7上各设有一固定孔，且这两个固定孔上下相对设置，所述上固定座4的上部还设有上盖板18，所述下固定座7的下部还设有下盖板20，通过紧固螺栓6贯穿所述上盖板18和所述下盖板20，将所述下固定座4和所述下固定座7固定连接。
每一所述压力传感器组件包括压板21和两压力传感器9，本实施例中所述压力传感器9选择压电式传感器，所述压板21包括水平板11和侧板23，所述水平板11的厚度小于所述收容槽22，且一端通过紧固螺钉12固定连接一所述虎克铰下铰接座3，所述水平板11中部设有所述转轴10，所述转轴10两端分别连接一套筒19，两所述套筒19分别固定于所述收容槽22两侧，使所述水平板11可绕所述转轴10转动，所述水平板11另一端垂直连接所述侧板23，所述侧板23的厚度等于所述收容槽22厚度，每一所述压力传感器9设置于一所述固定孔内，所述压力传感器9与所述固定孔过盈配合从而固定，上下相对的两所述压力传感器9之间形成夹缝，本实施例中所述夹缝的厚度等于所述收容槽22的厚度，所述侧板23设置于所述夹缝内，且上端接触所述夹缝上方的所述压力传感器9，下端接触所述夹缝下方的所述压力传感器9，所述水平板11不受力时不转动，所述侧板23不对两所述压力传感器9施加作用力，所述水平板11转动时，会有所述夹缝上方或下方的所述压力传感器9受力，检测出所述连杆13受力。
本发明一种基于微力并联机构的六维加速度传感器的工作过程为：所述质量块17受力时运动，并将外力传到六所述连杆13上，使所有连杆13均运动，所述连杆13运动带动其连接的所述压板21转动，所述压板21侧板23作用于所述压力传感器9，所述压力传感器9准确检测受力，所述连杆13通过杠杆原理将所述质量块17受力放大，六所述压力传感器9分别检测出六所述连杆13受力，由于所述连杆13雅克比固定，所述质量块17六维加速度与所述连杆13受力成线性关系，从而更准确计算出所述质量块17的六维加速度。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
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 (10)
1.一种基于微力并联机构的六维加速度传感器，其特征在于：包括传感平台，所述传感平台包括质量块、底座和六连杆，所述连杆为刚性连杆，每一所述连杆上端与所述质量块铰接，下端铰接一铰接座，每一所述铰接座下端连接一传感器组件，所述压力传感器组件包括压板和两压力传感器，两所述压力传感器上下相对设置于所述底座内，两所述压力传感器之间形成夹缝，所述压板中部可转动的设置于所述底座上，所述铰接座固定于压板一端，所述压板另一端设置于所述夹缝内，所述质量块受力时所有连杆运动均带动各自连接的所述压板转动，从而使每一所述压板一端挤压其上方或下方的所述压力传感器，所述压力传感器检测所述连杆受力。
2.如权利要求1所述的一种基于微力并联机构的六维加速度传感器，其特征在于：六所述连杆两个一组分为三连杆组，每一所述连杆组的两所述连杆排列成V形，三所述连杆组下端列成正三角形，且任意相邻两连杆组的相邻两所述连杆排列成倒置的V形。
3.如权利要求1所述的一种基于微力并联机构的六维加速度传感器，其特征在于：所述底座包括相对设置的上固定座和下固定座，六所述压力传感器设置于所述上固定座下表面，另外六所述压力传感器设置于所述下固定座上表面，且这些压力传感器一一上下相对设置形成六所述夹缝，所述上固定座和所述下固定座之间设有平台板，所述平台板上设有六个收容槽，每一所述收容槽设置于一所述夹缝的外侧，每一所述压板收容于一所述收容槽内，且每一所述压板中部设有转轴，所述转轴两端固定于所述收容槽两侧，每一所述压板一端固定所述铰接座，另一端设置于一所述夹缝内。
4.如权利要求3所述的一种基于微力并联机构的六维加速度传感器，其特征在于：所述压板包括水平板和侧板，所述水平板一端固定连接所述铰接座，中部设有所述转轴，另一端垂直连接所述侧板，所述侧板设置于所述夹缝内。
5.如权利要求3所述的一种基于微力并联机构的六维加速度传感器，其特征在于：所述平台板包括上部的上平板和下部的下平板，所述收容槽贯穿所述上平板和所述下平板。
6.如权利要求3所述的一种基于微力并联机构的六维加速度传感器，其特征在于：所述上固定座和所述下固定座均内设六个固定孔，每一所述固定孔内设置一所述压力传感器，所述压力传感器与所述固定孔过盈配合从而固定。
7.如权利要求1所述的一种基于微力并联机构的六维加速度传感器，其特征在于：所述连杆上端设有球头轴承，下端设有虎克铰上铰链座，所述铰接座为虎克铰下铰链座，每一所述连杆上端的所述球头轴承与所述质量块铰接，下端的所述虎克铰上铰链座与所述虎克铰下铰链座铰接。
8.如权利要求7所述的一种基于微力并联机构的六维加速度传感器，其特征在于：每一所述连杆下端的所述虎克铰上铰链座通过虎克铰十字轴与所述虎克铰下铰链座铰接。
9.如权利要求7所述的一种基于微力并联机构的六维加速度传感器，其特征在于：所述球头轴承下端螺纹连接所述连杆上端，所述球头轴承上端内侧通过螺栓连接所述质量块。
10.如权利要求1所述的一种基于微力并联机构的六维加速度传感器，其特征在于：所述压力传感器为压电式传感器。
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