六軸加速度傳感器靜、動(dòng)態(tài)特性若干問題的研究.pdf

1、在非結(jié)構(gòu)環(huán)境中機(jī)器人作業(yè)操作主要是采用基于傳感反饋的力控制和柔順控制方式，而目前機(jī)器人作業(yè)時(shí)不能獲取足夠的力傳感信息是制約機(jī)器人力控制和柔順控制水平提高的瓶頸之一。六維加速度傳感器能夠同時(shí)檢測運(yùn)動(dòng)物體的三維線加速度和三維角加速度，為在機(jī)器人控制中引入加速度控制以實(shí)現(xiàn)真正的全力控制提供基礎(chǔ)。 本學(xué)位論文研究的背景來源于國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)項(xiàng)目“十二自由度力傳感器及其應(yīng)用基礎(chǔ)研究”(2001AA423180)。論文的

2、工作主要是對E膜片六軸加速度傳感器靜、動(dòng)態(tài)特性有關(guān)問題進(jìn)行深入地探討與研究，包括六軸加速度傳感器彈性體的應(yīng)力應(yīng)變與加速度載荷、彈性體結(jié)構(gòu)尺寸關(guān)系的分析；維間耦合特性與維間耦合消除方法的分析與研究；標(biāo)定方法和動(dòng)力學(xué)特性分析與研究；以及六軸加速度傳感器的應(yīng)用研究等。在上述研究中，我們對六軸加速度傳感器彈性體的應(yīng)力應(yīng)變特性有了較全面認(rèn)識(shí)，研究成果可為六軸加速度傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及相似形狀結(jié)構(gòu)彈性體的力學(xué)性能分析提供參考；對六軸加速度傳感器相關(guān)特性

3、的分析、建模與仿真實(shí)驗(yàn)研究，是對當(dāng)前傳感器測量理論與技術(shù)的一個(gè)補(bǔ)充；對六軸加速度傳感器動(dòng)態(tài)特性分析和動(dòng)態(tài)維間耦合等特征的描述，為將其應(yīng)用于機(jī)器人力控制和柔順控制及后續(xù)相關(guān)研究提供了一個(gè)新的思路。另外，對六軸加速度傳感器在人體運(yùn)動(dòng)/姿態(tài)檢測方面應(yīng)用的探討性研究，為將來六軸加速度傳感器應(yīng)用于體育和人體健康監(jiān)測領(lǐng)域奠定一定的基礎(chǔ)。 由于目前在國內(nèi)外尚未見到有類似的六軸加速度傳感器產(chǎn)品及類似研究的報(bào)道，所以在上述研究中，我們通過艱難的分

4、析與探索、嘗試將成功應(yīng)用于一般多維力傳感器的分析方法應(yīng)用于六軸加速度傳感器，并提出一些新的方法，獲得了一些有意義的結(jié)果，這些方法和成果包括：通過在傳感器坐標(biāo)系中沿各軸向施加恒定線/角加速度載荷，實(shí)現(xiàn)了對彈性體受力與邊界條件的等效與簡化分析；借助于圓薄板軸對稱/反軸對稱變形、有關(guān)矩形薄板彎曲與反對稱變形彈性曲面微分方程通解形式，獲得彈性體應(yīng)力應(yīng)變解析解、應(yīng)力應(yīng)變大小與彈性體結(jié)構(gòu)尺寸間的關(guān)系；通過建立三維的有限元分析模型、加載及分析，獲得彈

5、性體變形特征與相關(guān)應(yīng)力應(yīng)變分布；提出一種以傳感器直角坐標(biāo)系為參考坐標(biāo)系、采用施加6個(gè)相互線性獨(dú)立的加速度向量，實(shí)現(xiàn)對六軸加速度傳感器標(biāo)定和獲取其特征矩陣的方法；采用結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)有限元分析理論與方法，對六軸加速度傳感器分析模型的固有振動(dòng)頻率、振型、振動(dòng)頻率與結(jié)構(gòu)尺寸大小間的關(guān)系進(jìn)行分析，并嘗試著對傳感器諧響應(yīng)、瞬態(tài)響應(yīng)、動(dòng)態(tài)維間耦合特性進(jìn)行了分析與研究；提出了一種六軸加速度傳感器與機(jī)器人間實(shí)現(xiàn)相互校準(zhǔn)的方法；對六軸加速度傳感器應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)位置