并聯(lián)式六維加速度傳感器數(shù)學(xué)建模及精度特性研究.pdf

1、對于在三維空間運動的物體,若要靈敏、準(zhǔn)確、全面地感知物體的運動變化情況,直接測量其六維加速度參量顯然更具普遍的適應(yīng)性,因而六維加速度傳感器應(yīng)運而生。對于六維加速度傳感器研究的主要技術(shù)難點在于系統(tǒng)輸入、輸出信息量較多,加之系統(tǒng)振動微分方程強耦合非線性,給加速度六分量的實時、精確、穩(wěn)定解耦計算帶來了極大的困難。
　　本文綜合了國內(nèi)外對于六維加速度傳感器研究的技術(shù)難點與研究趨勢,選定基于并聯(lián)機構(gòu)的彈性體應(yīng)變型六維加速度傳感器為研究對象,

2、以改善其結(jié)構(gòu)復(fù)雜度與解耦難度之間的矛盾關(guān)系為目的,進行傳感器拓撲構(gòu)型設(shè)計、數(shù)學(xué)建模以及精度特性的研究。提出了6、7、8、9UPS支鏈型的具有解析形式運動學(xué)正解的并聯(lián)拓撲構(gòu)型,將此并聯(lián)機構(gòu)作為彈性體設(shè)計了四種不同構(gòu)型的并聯(lián)式六維加速度傳感器,借助于四面體原理獲得了傳感器系統(tǒng)運動學(xué)正解,基于KANE動力學(xué)方法建立了系統(tǒng)的動力學(xué)方程,利用數(shù)值算法實現(xiàn)了六維加速度分量的完全解耦,整體算法計算效率高,一定程度上滿足加速度實時解耦要求。針對當(dāng)前傳感

3、器系統(tǒng)設(shè)計中存在的幾何模型誤差中的尺寸效應(yīng)問題,分別從機構(gòu)設(shè)計的角度和數(shù)學(xué)建模的角度進行了分析與補償,設(shè)計了一體化的多重復(fù)合鉸鏈,分析了系統(tǒng)尺寸效應(yīng)誤差,建立了兩級補償算法,并研究了構(gòu)型對尺寸效應(yīng)誤差的敏感性。考慮彈性體應(yīng)變型六維加速度傳感器機械振動過程中構(gòu)件本身的幾何非線性變形問題,將偽剛體模型法、能量法、最小二乘法線性補償原理相融合,建立了系統(tǒng)的偽剛體模型算法,在建立反映機構(gòu)真實柔性變形特性的數(shù)學(xué)模型中前進了一步。最后,設(shè)計了可重構(gòu)