六軸加速度傳感器靜、動態(tài)特性若干問題的研究.pdf

1、在非結(jié)構(gòu)環(huán)境中機器人作業(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，而目前機器人作業(yè)時不能獲取足夠的力傳感信息是制約機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檢測運動物體的三維線加速度和三維角加速度，為在機器人控制中引入加速度控制以實現(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)展計劃(863計劃)項目“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、動態(tài)特性有關(guān)問題進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；標定方法和動力學(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識，研究成果可為六軸加速度傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計及相似形狀結(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、建模與仿真實驗研究，是對當(dāng)前傳感器測量理論與技術(shù)的一個補充；對六軸加速度傳感器動態(tài)特性分析和動態(tài)維間耦合等特征的描述，為將其應(yīng)用于機器人力控制和柔順控制及后續(xù)相關(guān)研究提供了一個新的思路。另外，對六軸加速度傳感器在人體運動/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：通過在傳感器坐標系中沿各軸向施加恒定線/角加速度載荷，實現(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系為參考坐標系、采用施加6個相互線性獨立的加速度向量，實現(xiàn)對六軸加速度傳感器標定和獲取其特征矩陣的方法；采用結(jié)構(gòu)動力學(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頻率、振型、振動頻率與結(jié)構(gòu)尺寸大小間的關(guān)系進行分析，并嘗試著對傳感器諧響應(yīng)、瞬態(tài)響應(yīng)、動態(tài)維間耦合特性進行了分析與研究；提出了一種六軸加速度傳感器與機器人間實現(xiàn)相互校準的方法；對六軸加速度傳感器應(yīng)用于運動位置