基于Stewart平台的六维加速度传感器弹性体设计

摘要

六维加速度传感器是一种重要的获得动力学参数的惯性传感器，尤其是将其应用于机器人，用来实现动态稳定地抓取。本文针对国内外对六维加速度传感器研究不多的现状，提出了利用并联机构理论构造并联结构六维加速度传感器弹性体的过程和设计方法。 弹性体的设计是传感器设计的关键。本文采用弹性铰链代替传统形式铰链的Stewart机构作为传感器弹性体的原型，建立了六维加速度传感器弹性体的力学模型，并对力学模型的解析式进行了推导。结合加速度传感器一般设计要求和并联机构的特点提出了六维加速度传感器弹性体的设计要求及其移动副的评价标准。分析了移动副对Stewart平台位姿精度的影响。 对现有的弹性移动副结构形式——单板移动副和对称平行板移动副进行了分析，并针对现有移动副存在的问题设计了一种新型的移动副，称为平行板框架移动副。分析了上述三种移动副的刚度、运动精度、线性度等性能与弹性移动副结构参数的关系，分析得出了应用特点，为六维加速度传感器弹性体的设计提供了依据。 在不同性能需要下，进行了六维加速度传感器实例设计，阐述了六维加速度传感器弹性体机构尺寸确定的过程。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1概述

1.2多维加速度传感器的国内外研究现状

1.2.1多维加速度传感器弹性体结构

1.2.2六维加速度传感器弹性体结构

1.2.3弹性运动副的研究现状

1.3选题意义

1.4研究内容

第2章六维加速度传感器弹性体的力学模型和设计要求

2.1六维加速度传感器的机构学模型

2.2六维加速度传感器弹性体的力学模型

2.2.1弹性体的力学模型

2.2.2力学模型几何参数与力影响系数的关系

2.2.3传感器的加速度雅可比矩阵

2.3六维加速度传感器弹性体最大分支力的确定

2.4弹性体的设计要求

2.4.1弹性体设计的一般原则

2.4.2弹性移动副的分类及评价标准

2.4.3移动副对Stewart平台位姿精度的影响

2.5本章小结

第3章单板和对称平行板移动副的分析与设计

3.1移动副的刚度计算与分析

3.1.1理论建模和刚度计算

3.1.2移动副的有限元分析

3.2移动副的运动精度计算与分析

3.3其它性能分析

3.3.1线性度

3.3.2应力应变分析

3.4本章小结

第4章平行板框架移动副的分析与设计

4.1平行板框架移动副的刚度计算与分析

4.1.1移动副结构两侧的刚性假设

4.1.2理论建模和刚度计算

4.1.3移动副的有限元计算

4.2平行板框架移动副的运动精度计算与分析

4.3平行板框架移动副其它性能分析

4.3.1线性度

4.3.2应力应变分析

4.4本章小结

第5章六维加速度传感器弹性体的机构尺寸参数设计

5.1三种移动副有限元计算结果分析

5.1.1理论刚度值与有限元值存在差异的原因

5.1.2刚度理论公式的修正

5.2三种移动副比较

5.3弹性元件的机构尺寸参数设计

5.3.1电阻应变计选择

5.3.2移动副尺寸的设计

5.3.3弹性体的指标计算

5.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢

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