六維並聯天平的製作方法

2023-09-16 14:59:05 2

專利名稱：六維並聯天平的製作方法
技術領域：
本發明的六維並聯天平屬風洞試驗力-力矩傳感器製造領域，特別涉及一種空間六維力-力矩並聯風洞天平機構。
並聯機構在1949年就出現過，是一個叫高夫(Gough)的人設計來檢測輪胎的，在60年代，這種機構被重新發掘出來，原因是因為這種機構在飛行模擬器上更實用。在1965年，斯帝瓦特(Stewart)這個人利用6自由度的並聯機構做了一個飛行模擬器，並把這種機構稱為斯帝瓦特(Stewart)機構。因此一開始，並聯機構多指6自由度的斯帝瓦特(Stewart)或高夫一斯帝瓦特(Gough-Stewart)機構。80年代開始成為研究熱點，隨著理論研究的不斷深入以及並聯機構所具有的明顯的優點，並聯機構已應用於機器人、工具機、定位裝置和測量裝置等領域。1989年，凱爾(Kerr)最早提出將並聯機構應用於六維力-力矩傳感器；CharlesC等分析了其基本理論；A.Romiti和M.Sorli研究了在機器人裝配手中六維力測量；M.Sorli和N.Zhmud給出了在機器人裝配手中六維力測量的應用實例。
在國內，近年來傳統風洞試驗天平無突破性進展，某些特種天平有一定的發展；在申請號為99119320和99102421專利文件中公開了「並聯解耦結構六維力與力矩傳感器」和「一種具有彈性鉸鏈六維力與力矩傳感器」。並聯機構的不足之處有位置正解複雜、工作空間小、存在奇異形位等，本發明將並聯機構引入風洞試驗天平，可避免其缺點，充分利用並聯機構的剛度高、精度高等固有優點，解決傳統風洞天平的問題。

發明內容
本發明目的在於克服現有類型天平的不足之處，提供一種可同時檢測三維空間的全力信息的並聯風洞天平，其靈敏元件可為應變式、壓電式、電容式等。具有結構簡單、成本低、模塊化程度高、裝配工藝性好、校準簡單、檢測維護方便，根據應用需求，可實現高精度、高剛度、高靈敏度、高動態響應、高線性度等特點。
本發明的技術解決方案如下本發明的六維並聯天平的構成是，其上裝有主支杆的上平臺與固定於風洞壁上的下平臺通過六根等長連杆與裝於上平臺圓周上和下平臺圓周上的球鉸相連，構成空間並聯閉環結構。每根連杆的上連杆與下連杆通過螺母相互連接，連杆上均固定有力敏元件，。
被測試模型裝於上平臺的主支杆上，利用每根連杆上的力敏元件微變形或電荷變化量來測量被測模型的空間六維受力。
本發明與現有技術相比具有以下優點1.本發明並聯天平與傳統天平相比，具有高精度、高剛度、高靈敏度、高動態響應、帶寬高、高線性度等。
2.本發明六維並聯天平具有結構簡單，相同零件數量少，製造方便，成本低。
3.本發明六維並聯天平模塊化程度高，便於實現系列化、通用化、標準化，易於實現大量程，製造裝配工藝性好，便於檢測與維護。
4.本發明六維並聯天平具有位置反解簡單，校準方便，幹擾小。
5.本發明六維並聯天平靈敏元件可為應變式、壓電式、電容式等，可方便地添加過載保護裝置，增強天平的抗衝擊能力。
6.本發明六維並聯天平可同時檢測三維空間的全力信息，在需要測量空間六維力的場合有廣泛的應用前景和應用價值。


圖1是本發明的六維並聯天平結構示意圖；圖2是本發明的六維並聯天平的連杆與上下平臺幾種連接方式的示意圖；圖1中的標點名稱1.被測試模型，2.上連杆，3.與9螺母，4.力敏之件，5.與10球鉸，6.風洞壁，7.下平臺，8.下連杆，11.上平臺，12.主支杆圖2中的圖a至圖b為上平臺半徑小於下平臺半徑的幾種連接方式，其中圖a、3～3連接方式，圖b、3-6連接方式，圖c、6-3連接方式，圖d、6-6連接方式，圖e至圖h為上平臺半徑大於下平臺半徑的幾種連接方式，其中圖e、3-3連接方式，圖f、3-6連接方式，圖g、6-3連接方式，圖h、.6-6連接方式。
具體實施例方式
由圖1可知，本發明的六維並聯天平的具體組成是，其上裝有主支杆12的上平臺11與置於風洞壁6上的下平臺7通過六根等長度的連杆與裝於上、下平臺圓周上的球鉸相連，構成空間並聯閉環結構。每根連杆由上連杆2和下連杆8通過螺母3連接而成，力敏元件4固定在每根連杆上。力敏元件4可以是壓電陶瓷力敏元件、電容式力敏元件、矩形應變式力敏元件以及環行應變式力敏元件等。被測試模型1(如模型飛機等)安裝在上平臺11的主支杆12上。利用每根連杆上的力敏元件感受連杆的受力，引起壓電式、電容式力敏元件電荷的變化或引起應變式力敏元件的微變形，來實現對被測試模型1(如飛機)的空間六維力測量。
本發明的上平臺與下平臺有如圖2所示的幾種連接方式。其中圖a至圖d為上平臺小於下平臺的四種連接方式，圖e至圖h為上平臺大於下平臺與圖a至圖d相對應的四種連接方式。如圖a與圖e是3-3連接方式，即上、下平臺圓周上都分別均分地安裝有三個球鉸，通過六根等長度連杆將上、下平臺圓周上的三個球鉸對應地連接起來，故簡稱為3-3連接方式。圖b與圖f是上平臺圓周上均分地安裝三個球鉸，而下平臺圓周上安裝6個球鉸，通過六根等長度連杆將上下平臺圓周上的球鉸連接起來，故稱為3-6連接方式，與此類推，圖c與圖g為6-3連接方式，圖d與圖h為6-6連接方式。
權利要求
1.一種六維並聯天平包括上平臺、下平臺，其特徵在於，其上裝有主支杆的上平臺與置於風洞壁上的下平臺通過其上裝有力敏元件的連杆與裝於上平臺圓周上和下平臺圓周上的球鉸相互連接成空間並聯閉環結構。
2.依據權利要求1所述的六維並聯天平，其特徵在於，連杆由上連杆與下連杆通過螺母連成而成。
全文摘要
一種六維並聯天平屬風洞試驗力—力矩傳感器領域，此天平有其上裝由主支杆(12)的上平臺(11)與置於風洞壁(6)上的下平臺(7)通過其上裝有力敏元件(4)的連杆與裝於上、下平臺圓周上的球鉸(5)相互連接成空間並聯閉環結構。其中連杆由上連杆(2)和下連杆(8)通過螺母(3)連接而成。本天平與現有技術相比，具有高精度、高靈敏度、高動態響應、高線性度的特點，還具有結構簡單、成本低等優點。
文檔編號G01M9/00GK1456871SQ0313186
公開日2003年11月19日 申請日期2003年6月12日 優先權日2003年6月12日
發明者姚裕, 吳洪濤, 張召明 申請人:南京航空航天大學