并联式六维加速度感知机构的最大工作频率

工作频率是运动感知机构性能的重要衡量指标之一。由于多输入多输出量之间的强非线性耦合，并联式六维加速度感知机构最大工作频率的确定目前尚未解决。首先，以12-4构型的并联式六维加速度感知机构为例，基于第二类Lagrange方程建立了系统的基频模型，推导出质量矩阵、刚度矩阵的表达式。然后，利用Householder法和单步QR法求解了振型方程的特征值问题。接着，通过虚拟试验进行了算例验证，证明了上述模型的正确性。最后，基于影响感知机构基频的两个重要因素（包括质量块的质量和支链的刚度），并利用线性拟合和线性包络理论，揭示了9-3、12-6和12-4三种构型的并联式六维加速度感知机构的基频与最大工作频率之间满足的线性映射关系。     

并联式六维加速度传感器灵敏度特性

基于一种新提出的并联式六维加速度传感器结构,从系统的正向动力学方程出发,构建了其灵敏度的数学模型,推导出灵敏度与结构参数间的映射关系.基于ADAMS软件对传感器进行参数化建模,并以灵敏度为优化目标,将仿真数值与理论计算的结果进行对比,验证了数学模型的正确性.结果表明:线加速度灵敏度主要受质量块的质量影响,角加速度灵敏度同时受质量块质量和边长影响,而外壳尺寸与灵敏度无关,且在空间三个正交方向的线加速度灵敏度和角加速度灵敏度均满足各向同性.     

多维加速度场中六维力传感器惯性耦合特性研究

六维力传感器的特殊结构决定了各维间耦合存在的必然性,在多维加速度场六维力测试环境中,传感器惯性质量分布又加重了耦合的程度。本文针对多维加速度场中六维力传感器惯性耦合效应,建立传感器力学解析模型和弹性体的应力—应变关系,采用有限元方法(FEM)仿真,分析了多维加速度场中惯性力学特点与耦合效应本质特征,为加速度场中六维力传感器主动设计和惯性耦合补偿提供理论参考依据。     

并联式六维加速度传感器的故障自诊断、自修复算法

针对并联式六维加速度传感器的部分输出信号出现干扰失真时,系统解耦算法会完全失效的问题,提出了一种适用于多维传感器的故障自诊断、自修复算法。通过挖掘传感器弹性体拓扑构型中的变形协调条件,推导了系统的6个力协调方程,据此构造了正多边形结构的、关于过渡参量的理想协调闭链。通过分析协调闭链对力协调方程的约束关系,给出传感器故障的诊断组,建立了传感器故障自诊断、自修复算法。通过定义故障自修复率指标,对可修复工况进行统计计算,得到本算法能够实现的最高修复率为72. 62%。另外,当传感器支链故障概率小于22%时,样机试验结果表明:局部支链出现故障后,重构系统的综合解耦误差不超过0. 18%,验证了该方案的可行性。     

一种新型六维加速度传感器原理研究

为克服现有六维加速度传感器的不足,提出并研究了一种单惯性质量块的压电式六维加速度传感器。介绍了传感器的结构和工作原理,推导了其数学模型,运用ANSYS有限元软件对传感器的灵敏度、维间耦合度、固有频率等特性进行了仿真研究。研究结果表明：该六维加速度传感器能够实现6维加速度的传感;各维间的耦合属于线性耦合,可通过简单的矩阵运算予以完全解耦;固有频率有望比现有3维线加速传感器或3维角加速度传感器提高3倍以上。     

压电加速度传感器的固有频率计算方法研究

针对压电加速度传感器在工程应用中的特点,从传感器的力学模型出发,建立数学模型,分析了基座、压电片、质量块对压缩型压电加速度传感器固有频率的影响,通过计算和仿真,得出了影响传感器固有频率的一些影响因素与变化规律。计算和仿真结果表明了计算方法的有效性。     

静电吸合对力平衡式隧道加速度传感器的影响

隧尖与阳极之间的可控间距是关系到隧道加速度传感器能否正常工作的一个重要参数,静电吸合限制了该可控间距的范围,本文从理论上分析了静电吸合对隧道加速度传感器设计的影响。对于质量块作活塞式运动的平动型隧道加速度传感器,只有当隧尖与阳极之间的初始间距小于两个反馈电极之间的初始间距的三分之一加上发射间距的和时,力平衡才能实现。对于质量块由多根平行悬臂梁支承的隧道加速度传感器,首次提出并证明,增大隧尖与悬臂梁末端的水平距离可以扩大锥尖高度和锥尖与阳极之间的初始间距的取值范围,从而降低对传感器加工工艺的要求。     

一种新型数字式加速度传感器原理与设计

建立了一种新型纯数字式加速度传感器的理论模型,通过检测吸合时间差检测加速度.该传感器不存在吸合电压的限制,避免了寄生电容的影响,其芯片面积远小于传统电容式加速度传感器;由于输出时间信号,可采用简单的纯数字接口电路检测.理论分析表明,质量块在两个检测电极之间的吸合时间差ΔT与加速度成正比关系,通过检测ΔT的变化即可检测加速度,其灵敏度、非线性与传统电容式加速度传感器相当.设计了一个悬臂梁-质量块结构的加速度传感器,芯片有效面积仅为0.03 mm2,模拟结果显示,工作电压为8 V,加速度为1 gn时,吸合时间的变化ΔT为1.055 4 μs.采用TTL电路进行检测,其分辨率可以达到0.01 gn,满量程±10 gn工作时,非线性度为1.23%.     

并联机构不同正解间无奇异转换问题探讨

并联机构的正解具有多解性，以一种平面三自由度并联机构为例，研究了不同正解之间的无奇异连接路径问题．结合Innocenti发现的第一条无奇异路径，采用基于奇异曲面的图形化方法分析了正解构型在工作空间中的分布．发现了两个正解间的多条类似路径，这些路径形成了连接两个正解位形的近似于螺旋状的管道空间．首次发现了在其它的正解之间也存在着这样的非奇异路径．这些结果表明并联机构的奇异曲面及正解分布异常复杂，如果两个正解对应的雅可比矩阵行列式值异号，则一定不存在无奇异路径；如果同号，则还要根据奇异曲面来定．两个正解构型间无奇异路径的判定还最终依赖于对奇异曲面更为清楚的描述．     

用有限元法对腕力传感器弹性体的力学分析

用有限元法对六维腕力传感器的弹性体进行分析,包括建立模型、划分网格以及单维力和力矩的加载求解;提取关键点处应变,由线性变换得到六路输出,并计算输出与载荷之间的关系(即传递矩阵)。最后通过对弹性体施加多维力和力矩对传递矩阵进行了验证。     

力平衡加速度传感器设计分析

介绍了差容式力平衡加速度传感器的工作原理,推算了该传感器的运动方程,并推导出力平衡加速度传感器的自振频率、阻尼参数、幅频响应的计算公式,得出了传感器中质量块质量m、比例电阻R、微分电容C直接决定传感器的自振频率、频带宽度和传感器的输出灵敏度。     

并联式六维加速度传感器结构参数的二次开发

推导了并联式六维加速度传感器的基频、灵敏度的解析表达式.研究发现,基频与质量块的质量、压电陶瓷的厚度和直径有关,灵敏度与质量块的质量和边长有关.以这两项性能为指标,结合正交试验法和粒子群算法对上述参数进行优化.结果显示,最优性能下,质量块的质量、边长分别为0.7 kg,55 mm,压电陶瓷的厚度、直径分别为1.5,10...     

基于正交试验的应变式六维力传感器弹性体结构的优化设计

文章介绍了一种应变式六维力传感器弹性体的结构,利用SloidWorks软件建立了该传感器弹性体的有限元分析模型,采用正交试验方法全面分析了弹性体主要结构参数对弹性体灵敏度和固有频率的影响,并采用极差分析方法分析各结构参数的优水平及对指标的主次关系,得出各结构尺寸的最佳方案,从而达到了优化弹性体结构的目的,提高了传感器的动、静态特性。     

一种基于双E型膜片的微小六维力传感器的设计

基于双E型膜片结构的六维力传感器用于常规环境下的机器人操作已有成熟应用,探讨将该结构应用于微纳环境下的机器人操作的可能性。首先介绍了该弹性体结构的测力原理,并用有限元分析软件对弹性体的静态和动态特性进行了仿真。结果表明此种结构的六维力传感器可在微纳环境下测力,并具有各向灵敏度高、线形好、维间耦合小等优点。     

模块化机器人的惯性参数辨识研究

提出了一种基于六维力/力矩传感器的模块化机器人惯性参数辨识的方法。首先,通过Newton-Euler方程建立模块化机器人的动力学方程,然后利用基座力旋量平衡原理建立辨识模型对动力学方程中的未知参数进行辨识,最后以德国AMTEC公司生产的PowerCube模块化机器人实体对这种方法进行了实验验证。     

模块化机器人的惯性参数辨识研究

提出了一种基于六维力／力矩传感器的模块化机器人惯性参数辨识的方法。首先，通过Newton-Euler方程建立模块化机器人的动力学方程,然后利用基座力旋量平衡原理建立辨识模型对动力学方程中的未知参数进行辨识，最后以德国AMTEC公司生产的PowerCube模块化机器人实体对这种方法进行了实验验证。     

六维柔性腕力传感器的设计研究

本文主要介绍了六维柔怀腕力传感器的结构检测原理，用ＲＰＹ方法建立了移动体对基座的变换矩阵，并根据ＰＳＤ检测的位置信号求解出变换矩阵。在此基础上，建立了力向量与位姿向量的关系式，通过刚度矩阵的标定获得力信息。最后介绍了腕力传感器的数据采集及处理系统。     

MEMS面内大量程加速度传感器设计与分析

针对目前导弹引信等武器系统领域对大量程加速度传感器的迫切需求,设计了一种测量平面内加速度的大量程压阻式加速度传感器.该传感器结构双端固支梁-质量块结构,可有效消除敏感轴轴间的交叉干扰,提高了测量精度.仿真分析表明传感器在敏感轴轴向灵敏度为1.41 μV/gn,可实现对150 000 gn的加速度载荷的测量.     

一体化结构三维加速度传感器的设计

设计了一种基于单惯性质量块的一体化结构三维加速度传感器。采用一种特殊结构的弹性体元件,实现了三维加速度量都利用剪切应变测量。利用有限元工具对传感器静态和动态特性进行了分析,给出了弹性体的应变分布、固有频率等。有限元分析计算和实验结果表明:所设计的传感器在3个正交方向上都有较高的灵敏度,各加速度分量互相干扰小。其交差灵敏度小于6.5%,非线性误差小于2%,固有频率大于1700Hz。     

一种非径向三梁结构六维腕力传感器弹性体及其优化设计

本文介绍了一种新型非径向三梁结构的六维机器人腕力传感器弹性体及其优化设计方法.三梁结构弹性体可提高应变式腕力传感器灵敏度和标定精度,改善径向效应,有利于传感器坐标设置.运用本文介绍的复合形优化设计方法,可使弹性体应梁截面尺寸达到最小,在确保负载能力和分辨率两项主要性能指标的前提下,减小弹性体的自重.它为应变式多维力传感器的设计和研究提供了一种有效的方法.