并联式六维加速度传感器的结构设计及动力学仿真毕业论文

 2021-04-07 06:04

摘 要

科学技术的迅速发展,使得人们认识客观的要求逐渐提高,迫切需要六维加速度传感器这类能够同时获取载体多自由度运动信息的测量系统。对于三维空间运动中的物体,如果想要对物体运动变化获得准确、全面的数据,六维加速度参数的直接测量就显得更为普遍,因此并联式六维加速度传感器随之诞生。

六维加速度传感器是一种多输入多输出的惯性测量仪器,目前,国内外尚处于理论探索阶段。针对多维传感器预紧困难和解耦困难的难题,本课题通过设计基于12支链冗余并联机构的六维加速度传感器,并利用动力学软件ADAMS模拟了两个方面的研究。拟设计六轴加速度计的弹性体结构简单,具有预载和防松动功能,为传感器的高精度测量提供结构保证;拟进行动态仿真显示输入输出量与输出量之间的映射关系,为后续的解耦算法的构建提供了算法的保证。

关键词:六维加速度传感器;构型设计;预紧及防松;参数辨识

Structure design and dynamic simulation of Parallel Type Six-axis Accelerometer

ABSTRACT

With the rapid development of science and technology, it is imperative for people to know the requirement of the objective. It is an urgent need for the measurement

system of the six - dimensional acceleration sensor which can obtain the multi -degree of freedom motion information simultaneously. For objects in the 3D space motion, if you want to obtain an accurate and comprehensive data on the moving object changes, direct measurement of six dimensional acceleration parameter is more common, so

parallel type six axis accelerometer birth attendant.

Six dimensional acceleration sensor is a kind of multi input and multi output

inertial measuring instrument, at present, the domestic and foreign countries are still in the stage of theory exploration. Aiming at the difficult problem of multidimensional sensor pre tight difficulties and decoupling difficulties, this topic through the design of six dimensional acceleration sensor based on 12 branched redundant parallel mechanism, and the dynamics software ADAMS is used to simulate two aspects the is studied. Intends to design of six axis accelerometer's elastic body structure is simple, with preload and the anti loosing function, for the high precision measurement sensor provides structure guarantee; quasi of dynamics simulation show the mappingrelationship between the input and output quantities and for the subsequent construction of decoupling algorithm offers the guarantee for the algorithm.

Key words: Six-axis accelerometer; Parallel mechanism;Pre tightening and anti loosening; Parameter identification

目 录

1 绪论 5

1.1课题研究的目的及意义 5

1.2六维加速度传感器的国内外研究现状 5

1.2.1质量块作用型六维加速度传感器 5

1.2.2基座作用型六维加速度传感器 7

1.3本课题研究的主要内容 10

1.4特色与创新 10

2 并联式六维加速度传感器结构设计 11

2.1工作原理 11

2.2并联式六维加速度传感器结构设计 11

2.3并联式六维加速度传感器的基本结构组成 12

2.4并联式六维加速度传感器的预紧柱及其防松装置 19

3 并联式六维加速度传感器的解耦算法研究 20

3.1位形空间内建立的解耦算法 20

3.1.1基于牛顿-欧拉方程的动力学模型 20

3.1.2 动力学方程的求解算法 25

3.1.3 算列验证 26

致谢 28

参考文献 29

1 绪论

1.1 课题的研究目的及意义

机器人、航空航天、生物医疗等领域迫切需要能够同时检测到三维线加速度和三维角加速度的传感器为后续补偿、预测等环节提供反馈信息。然而,目前国内外市场上还未出现这类产品,主要技术难点在于多输入多输出量之间的强非线性耦合。通过在软件中建立虚拟样机并进行仿真,可以找到传感器系统中动力学参量之间的映射关系,为后续的理论分析提供参考。

1.2 六维加速度传感器的国内外研究现状

科学技术的迅速发展,使得人们认识客观的要求逐渐提高,对物体的六维运动(包括沿三个正交轴向的平移运动和旋转运动)特征参量进行探测显得尤其重要。从理论上讲,要想获得物体的全面运动信息,只需测出三类矢量(位移、速度和加速度)中的一个,然后通过微分和积分运算即可,但是有些情况下待测运动的位移值和速度值较小。然而加速度值较大,再加上环境中不可避免的干扰噪声,此时加速度数据的信噪比最理想,也即只有测量加速度信号才能够完全还原出物体运动的真实状态。

从检索到的文献资料来看,国内外正在研究的六维加速度传感器从待测六维加速度在传感器上的作用部位来划分,主要有质量块作用型和基座作用型两类。

1.2.1质量块作用型六维加速度传感器

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