并联式六维加速度传感器的结构设计及动力学仿真开题报告

1. 研究目的与意义

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。

2. 国内外研究现状分析

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2004年开始，六维加速度传感器的概念以及涉及到的关键技术被逐渐明晰化。由于多输入多输出量的强非线性耦合，相比于目前发展较为成熟的单维加速度传感器和三维加速度传感器而言，六维加速度传感器在技术层面上有着本质的区别，其实现机理及潜在的核心技术问题要复杂且丰富得多。也正因为如此，六维加速度传感器受到国内外学者越来越多的关注，并且迅速成为了一项热门的研究课题。

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:

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：

（1）对并联式六维加速度传感器进行机械结构设计，特别是预紧柱及其防松装置的设计。

（2）对并联式六维加速度传感器进行动力学仿真研究，得到多输入、多输出量之间的映射关系。

4. 研究创新点

六维加速度传感器属于多输入多输出类惯性测量仪器，目前国内外尚处于原理探索阶段。针对多维传感器预紧困难和解耦困难这2个难点，本选题通过设计基于12支链冗余并联机构的六维加速度传感器，以及通过动力学软件ADAMS进行仿真两个方面对其展开研究。拟设计的六维加速度传感器弹性体结构简单、具备预紧及防松功能，为传感器的高精度测量提供结构上的保证；拟进行的动力学仿真展现了输入量、输出量之间的映射关系，为后续构建解耦算法提供算法上的保证。