一種基于3-uru并聯(lián)機構的慣性參數測試設備的制造方法
【專利摘要】一種基于3?URU并聯(lián)機構的慣性參數測試設備，包括兩種機構，一種是3?URU并聯(lián)機構，一種是瞬心調整機構，本發(fā)明通過兩種機構的結合實現(xiàn)了剛體慣性參數的高精度測量。3?URU并聯(lián)機構由三根連桿、動平臺和基座組成，每根連桿的兩端皆通過虎克鉸與動平臺和基座連接，連桿與虎克鉸之間還有一個旋轉關節(jié)，這樣便構成了3?URU并聯(lián)機構；瞬心調整機構由交流驅動電機經由一個大錐齒輪帶動三個小錐齒輪運動，小錐齒輪軸作為絲杠驅動滑塊沿三個呈中心對稱布置的燕尾直線導軌運動?；伟逡粋鹊娜齻€虎克鉸基座固定在滑塊上，這樣三個虎克鉸可沿導軌同步運動，達到了并聯(lián)機構三條支鏈角度調整的目的。本發(fā)明可滿足不同規(guī)格形狀的剛體慣性參數的測量要求。
【專利說明】
一種基于3-URU并聯(lián)機構的慣性參數測試設備
技術領域
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種基于3-URU(“URU”的含義，U是Universal的意思，表示虎克鉸，也稱萬向節(jié)。R是Revolute的意思，表示轉動副)并聯(lián)機構的慣性參數測試設備，屬于慣性參數測試設備技術領域。
【背景技術】
[0002]通常，建立系統(tǒng)動力學方程時，需要系統(tǒng)的質量、質心位置、繞轉動軸的慣性矩以及慣性積等參數，其中慣性矩和慣性積構成剛體相對于某坐標系的慣性矩陣。上述系統(tǒng)參數被稱為慣性參數，是系統(tǒng)固有的物理量，其決定了系統(tǒng)的動力學響應與行為。慣性參數是復雜系統(tǒng)(如車輛、飛機、航天器以及機器人等)動力學分析的前提條件。
[0003]考慮到測試時間以及測試成本，慣性參數的可接受誤差需要根據不同的情況具體分析。目前已經證實對于航空航天載具以及地面車輛，較小的慣性參數誤差將在計算動力學響應中產生不可忽略的誤差。對于航空航天載具，主慣性軸以及慣性張量對飛行控制性能是極其重要的。
[0004]然而，系統(tǒng)的慣性參數通常是通過三維CAD模型來估計的，該估計易于產生較大的誤差。其中誤差來源主要包括機械的幾何誤差、材料缺陷以及密度的不確定(如元器件)等。一般而言，對于一個具有成千上萬零件的復雜系統(tǒng)，采用這種方法慣性參數的估計誤差將超過實際值的10%甚至更多，這會對復雜系統(tǒng)的控制造成嚴重的負面影響，進而降低系統(tǒng)性能，影響該系統(tǒng)的使用壽命。
[0005]解決慣性參數精度不足問題的最終途徑是通過測量獲得高精度的動力學參數。因此，剛體慣性參數測試設備的研制具有非常重要的研究價值。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的是為了解決上述現(xiàn)有技術存在的問題，即對于一個具有成千上萬零件的復雜系統(tǒng)，采用三維CAD模型估計的方法，慣性參數的估計誤差將超過實際值的10%甚至更多，這會對復雜系統(tǒng)的控制造成嚴重的負面影響，進而降低系統(tǒng)性能，影響該系統(tǒng)的使用壽命。有鑒于此，擬發(fā)明一種基于3-URU并聯(lián)機構的慣性參數測試設備。
[0007]本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的:
[0008]—種基于3-URU并聯(lián)機構的慣性參數測試設備，包括:基座、3-URU并聯(lián)機構和瞬心調整機構；
[0009]所述基座包括四個支撐柱、三個水平固定板、八個斜固定板和基座支撐板，基座支撐板的下面固定有四個支撐柱，每個支撐柱與基座支撐板之間連接有兩個斜固定板，四個支撐柱的四面有三面兩兩之間連接有水平固定板；
[0010]所述瞬心調整機構包括燕尾螺母、燕尾滑塊、連接座、三個燕尾導軌、電機軸套筒、齒輪擋圈、螺桿、電動機、深溝球軸承一、深溝球軸承二、小錐齒輪軸和大錐齒輪，所述三個燕尾導軌等角度固定在基座支撐板底部的中心位置，燕尾導軌的一端設有深溝球軸承一，燕尾導軌的另一端設有深溝球軸承二，螺桿設置在深溝球軸承一和深溝球軸承二上，螺桿的一端固定有小錐齒輪軸，深溝球軸承一和深溝球軸承二之間的螺桿上設有燕尾螺母，燕尾螺母和螺桿之間螺紋連接，燕尾螺母的下部連接有燕尾滑塊，電動機固定在基座支撐板的上部，電動機的輸出軸上固定有電機軸套筒，電機軸套筒的下端連接有大錐齒輪，大錐齒輪的下端設有齒輪擋圈，大錐齒輪和小錐齒輪軸相嚙合，連接座的上端與燕尾滑塊相連接；
[0011]所述3-URU并聯(lián)機構包括上面三個虎克鉸、下面三個虎克鉸、三個連桿一、動平臺、三個力傳感器和三個編碼器，上面的虎克鉸與連接座相連接，連桿一的上端與上面的虎克鉸相連接，連桿一的下端與力傳感器的一端相連接，力傳感器的另一端與下面的虎克鉸相連接，下面三個虎克鉸均與動平臺相連接，上面每個虎克鉸上設有一個編碼器。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:1、慣性參數測試設備是基于3-URU并聯(lián)機構研制，一次測試即可完成全部慣性參數的測量，故無需對被測對象構型進行調整，提升了測量效率。2、慣性參數測試設備設計了運動瞬心調整機構，提高了對被測對象的適應能力。3、慣性參數測試設備為被動測量機構，無需復雜的電機或其他驅動系統(tǒng)，降低了系統(tǒng)的復雜性，節(jié)約了成本。4、慣性參數測試設備的傳感器較少，測量系統(tǒng)更加簡潔。5、可滿足不同規(guī)格形狀的剛體慣性參數的測量要求。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明基于3-URU并聯(lián)機構的慣性參數測試設備的結構示意圖(主視)。
[0014]圖2為圖1的A-A剖視圖。
[0015]圖3為圖1的B-B剖視圖。
[0016]圖4為圖2的F-F剖視圖。
[0017]圖5為圖4中C處放大圖。
[0018]圖6為圖4中D處放大圖。
[0019]圖7為圖3中E處放大圖。
[0020]圖中的附圖標記，I為動平臺，2為支撐柱，3為水平固定板，4為斜固定板，5為連桿一，6為基座支撐板，7為燕尾螺母，8為燕尾滑塊，9為十字軸一，10為端蓋三，11為軸承座一，12為軸承座二，13為連桿二，15為連接座，16為燕尾導軌，17為電機軸套筒，18為齒輪擋圈，19為螺桿，20為端蓋一，21為端蓋二，22為十字軸二，23為軸承座三，24為角接觸球軸承端蓋，25為軸承座四，26為連接端擋圈，27為螺母，31為力傳感器，32為電動機，33為編碼器，34為雙軸傾角傳感器，42為深溝球軸承一，43為角接觸球軸承，44為深溝球軸承二，45為小錐齒輪軸，47為大錐齒輪。
【具體實施方式】
[0021]下面將結合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細說明:本實施例在以本發(fā)明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述實施例。
[0022]如圖1?圖7所示，本實施例所涉及的一種基于3-URU并聯(lián)機構的慣性參數測試設備，包括:基座、3-URU并聯(lián)機構和瞬心調整機構；
[0023]所述基座包括四個支撐柱2、三個水平固定板3、八個斜固定板4和基座支撐板6，基座支撐板6的下面固定有四個支撐柱2，每個支撐柱2與基座支撐板6之間連接有兩個斜固定板4，四個支撐柱2的四面有三面兩兩之間連接有水平固定板3;
[0024]所述瞬心調整機構包括燕尾螺母7、燕尾滑塊8、連接座15、三個燕尾導軌16、電機軸套筒17、齒輪擋圈18、螺桿19、電動機32、深溝球軸承一 42、深溝球軸承二 44、小錐齒輪軸45和大錐齒輪47，所述三個燕尾導軌16等角度固定在基座支撐板6底部的中心位置，燕尾導軌16的一端設有深溝球軸承一 42，燕尾導軌16的另一端設有深溝球軸承二 44，螺桿19設置在深溝球軸承一 42和深溝球軸承二 44上，螺桿19的一端固定有小錐齒輪軸45，深溝球軸承一 42和深溝球軸承二 44之間的螺桿19上設有燕尾螺母7，燕尾螺母7和螺桿19之間螺紋連接，燕尾螺母7的下部連接有燕尾滑塊8，電動機32固定在基座支撐板6的上部，電動機32的輸出軸上固定有電機軸套筒17，電機軸套筒17的下端連接有大錐齒輪47，大錐齒輪47的下端設有齒輪擋圈18，大錐齒輪47和小錐齒輪軸45相嚙合，連接座15的上端與燕尾滑塊8相連接；
[0025]所述3-URU并聯(lián)機構包括上面三個虎克鉸、下面三個虎克鉸、三個連桿一5、動平臺
1、三個力傳感器31和三個編碼器33，上面的虎克鉸與連接座15相連接，連桿一 5的上端與上面的虎克鉸相連接，連桿一 5的下端與力傳感器31的一端相連接，力傳感器31的另一端與下面的虎克鉸相連接，下面三個虎克鉸均與動平臺I相連接，上面每個虎克鉸上設有一個編碼器33。
[0026]上面每個虎克鉸均包括端蓋一20、端蓋二 21、十字軸二 22、軸承座三23、角接觸球軸承端蓋24、軸承座四25和角接觸球軸承43，連接座15的下端與十字軸二 22轉動連接，軸承座三23的一端與十字軸二 22轉動連接，軸承座三23的另一端與軸承座四25轉動連接，連接座15和十字軸二 22之間、軸承座三23和軸承座四25之間均設有角接觸球軸承43，軸承座四25上設有角接觸球軸承端蓋24，連接座15與十字軸二 22之間的角接觸球軸承43的外側分別設有端蓋一 20和端蓋二 21，編碼器33設在端蓋二 21的外側，連桿一 5的上端與軸承座四25轉動連接。
[0027]下面每個虎克鉸均包括十字軸一9、端蓋三10、軸承座一 11、軸承座二 12、連桿二13、連接端擋圈26、螺母27和角接觸球軸承43，十字軸一 9的一側與動平臺I相連接，十字軸一 9的另一側與軸承座一 11的一側轉動連接，軸承座二 12與軸承座一 11的另一側相連接，連桿二 13與軸承座二 12轉動連接，連桿二 13與軸承座二 12之間、軸承座一 11與十字軸一 9之間均設有角接觸球軸承43，角接觸球軸承43外側的軸承座一11上設有端蓋三10，角接觸球軸承43外側的軸承座二 12上設有連接端擋圈26，連接端擋圈26外側的連桿二 13上設有螺母27，連桿二 13的上端與力傳感器31的下端相連接。
[0028]所述支撐柱2的橫截面為正方形。
[0029]所述電動機32包含有行星減速器。
[0030]所述編碼器33為十六位絕對式編碼器。
[0031]基于3-URU并聯(lián)機構的慣性參數測試設備包括雙軸傾角傳感器34，所述雙軸傾角傳感器34安裝在基座支撐板6上。
[0032]本實施例的基座支撐板被固定在四個支撐柱上面，基座和動平臺之間以細長圓柱桿作為連桿，連桿與基座以及連桿與動平臺之間均通過虎克鉸連接，此外，連桿與動平臺虎克鉸之間有一個旋轉關節(jié)，這樣，構成一個3-URU并聯(lián)機構。動平臺具有安裝接口，被測對象通過螺釘安裝在動平臺上，由于該并聯(lián)機構為三自由度旋轉機構，在給予并聯(lián)機構初始激勵后，被測對象將會受到三個方向的激勵，這樣，通過一次測試即可完成全部慣性參數的測量。為了適應不同的被測對象(被測對象的質心應盡可能與機構瞬心接近，這樣有利于提高測量精度)，在并聯(lián)機構的基座上設計了一個連桿傾斜角度調整機構。它將三個燕尾直線導軌呈中心對稱布置在基座支撐板上，并將基座支撐板一側的虎克鉸分別固定在三個導軌上面的滑塊上。該導軌上的滑塊作為螺母由絲杠驅動。為了降低系統(tǒng)復雜性，可將三個絲杠設計成三個小錐齒輪軸，由一個交流驅動電機經一個大錐齒輪帶動三個小錐齒輪運動。這樣，基座支撐板一側的三個虎克鉸可沿導軌同步運動，達到了并聯(lián)機構三條支鏈角度調整的目的。該測試設備所需傳感系統(tǒng)包括三個力傳感器、三個16位絕對式編碼器和一個雙軸傾角傳感器。其中，三個力傳感器安裝在連桿靠近動平臺一端，以減少連桿本身質量對力測量的影響。三個16位絕對式編碼器安裝在基座支撐板一側虎克鉸上，能夠實時測量動平臺的運動情況。雙軸傾角傳感器安裝在基座支撐板上，能夠檢測基座安裝的水平度，這對于慣性參數測量是必要的。
[0033]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，這些【具體實施方式】都是基于本發(fā)明整體構思下的不同實現(xiàn)方式，而且本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。因此，本發(fā)明的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。
【主權項】
1.一種基于3-URU并聯(lián)機構的慣性參數測試設備，其特征在于，包括:基座、3-URU并聯(lián)機構和瞬心調整機構； 所述基座包括四個支撐柱(2)、三個水平固定板(3)、八個斜固定板(4)和基座支撐板(6)，基座支撐板(6)的下面固定有四個支撐柱(2)，每個支撐柱(2)與基座支撐板(6)之間連接有兩個斜固定板(4)，四個支撐柱(2)的四面有三面兩兩之間連接有水平固定板(3); 所述瞬心調整機構包括燕尾螺母(7)、燕尾滑塊(8)、連接座(15)、三個燕尾導軌(16)、電機軸套筒(17)、齒輪擋圈(18)、螺桿(19)、電動機(32)、深溝球軸承一 (42)、深溝球軸承二(44),小錐齒輪軸(45)和大錐齒輪(47)，所述三個燕尾導軌(16)等角度固定在基座支撐板(6)底部的中心位置，燕尾導軌(16)的一端設有深溝球軸承一 (42)，燕尾導軌(16)的另一端設有深溝球軸承二 (44)，螺桿(19)設置在深溝球軸承一 (42)和深溝球軸承二 (44)上，螺桿(19)的一端固定有小錐齒輪軸(45)，深溝球軸承一 (42)和深溝球軸承二 (44)之間的螺桿(19)上設有燕尾螺母(7)，燕尾螺母(7)和螺桿(19)之間螺紋連接，燕尾螺母(7)的下部連接有燕尾滑塊(8)，電動機(32)固定在基座支撐板(6)的上部，電動機(32)的輸出軸上固定有電機軸套筒(17)，電機軸套筒(17)的下端連接有大錐齒輪(47)，大錐齒輪(47)的下端設有齒輪擋圈(18)，大錐齒輪(47)和小錐齒輪軸(45)相嚙合，連接座(15)的上端與燕尾滑塊(8相連接); 所述3-URU并聯(lián)機構包括上面三個虎克鉸、下面三個虎克鉸、三個連桿一(5)、動平臺(I)、三個力傳感器(31)和三個編碼器(33)，上面的虎克鉸與連接座(15)相連接，連桿一 (5)的上端與上面的虎克鉸相連接，連桿一 (5)的下端與力傳感器(31)的一端相連接，力傳感器(31)的另一端與下面的虎克鉸相連接，下面三個虎克鉸均與動平臺(I)相連接，上面每個虎克鉸上設有一個編碼器(33)。2.根據權利要求1所述的基于3-URU并聯(lián)機構的慣性參數測試設備，其特征在于，上面每個虎克鉸均包括端蓋一 (20)、端蓋二 (21)、十字軸二 (22)、軸承座三(23)、角接觸球軸承端蓋(24)、軸承座四(25)和角接觸球軸承(43)，連接座(15)的下端與十字軸二(22)轉動連接，軸承座三(23)的一端與十字軸二(22)轉動連接，軸承座三(23)的另一端與軸承座四(25)轉動連接，連接座(15)和十字軸二(22)之間、軸承座三(23)和軸承座四(25)之間均設有角接觸球軸承(43)，軸承座四(25)上設有角接觸球軸承端蓋(24)，連接座(15)與十字軸二 (22)之間的角接觸球軸承(43)的外側分別設有端蓋一 (20)和端蓋二 (21)，編碼器(33)設在端蓋二 (21)的外側，連桿一 (5)的上端與軸承座四(25)轉動連接。3.根據權利要求1所述的基于3-URU并聯(lián)機構的慣性參數測試設備，其特征在于，上面每個虎克鉸均包括端蓋一 (20)、端蓋二 (21)、十字軸二 (22)、軸承座三(23)、角接觸球軸承端蓋(24)、軸承座四(25)和角接觸球軸承(43)，連接座(15)的下端與十字軸二(22)轉動連接，軸承座三(23)的一端與十字軸二(22)轉動連接，軸承座三(23)的另一端與軸承座四(25)轉動連接，連接座(15)和十字軸二(22)之間、軸承座三(23)和軸承座四(25)之間均設有角接觸球軸承(43)，軸承座四(25)上設有角接觸球軸承端蓋(24)，連接座(15)與十字軸二 (22)之間的角接觸球軸承(43)的外側分別設有端蓋一 (20)和端蓋二 (21)，編碼器(33)設在端蓋二 (21)的外側，連桿一 (5)的上端與軸承座四(25)轉動連接。4.根據權利要求1所述的基于3-URU并聯(lián)機構的慣性參數測試設備，其特征在于，所述支撐柱(2)的橫截面為正方形。5.根據權利要求1所述的基于3-URU并聯(lián)機構的慣性參數測試設備，其特征在于，所述電動機(32)包含有行星減速器。6.根據權利要求1所述的基于3-URU并聯(lián)機構的慣性參數測試設備，其特征在于，所述編碼器(33)為十六位絕對式編碼器。7.根據權利要求1所述的基于3-URU并聯(lián)機構的慣性參數測試設備，其特征在于，還包括雙軸傾角傳感器(34)，所述雙軸傾角傳感器(34)安裝在基座支撐板(6)上。
【文檔編號】G01M1/10GK105973532SQ201610272847
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年4月28日
【發(fā)明人】劉宇, 黃松, 劉伊威
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學