自动化惯性参数测试设备制造技术

本发明专利技术提供了一种自动化惯性参数测试设备，属于惯性参数测试设备技术领域。本发明专利技术主要包括两大部分，一部分是3‑URU并联机构，另一部分是转轴驱动系统，本发明专利技术通过这两部分的结合实现了刚体惯性参数的高精度高自动化程度的测量。对于3‑URU并联机构，其由三根连杆、动平台和顶部板组成，每根连杆的两端皆通过虎克铰与动平台和顶部板连接，连杆与虎克铰之间还有一个旋转关节，这样便构成了3‑URU并联机构；对于转轴驱动系统，由步进电机经减速器和电磁离合器与并联机构中的虎克铰上十字轴连接，通过控制步进电机的转角以及电磁离合器的通断电，便能实现自动为并联机构施加偏置，提高了设备的自动化程度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种自动化惯性参数测试设备，属于惯性参数测试设备

技术介绍
通常情况下，建立系统动力学方程时，需要系统的质量、质心位置、绕转动轴的惯性矩以及惯性积等参数，其中惯性矩和惯性积构成刚体相对于某坐标系的惯性矩阵。上述系统参数被称为惯性参数，是系统固有的物理量，其决定了系统的动力学响应与行为。惯性参数是复杂系统(如车辆、飞机、航天器以及机器人等)动力学分析的前提条件。考虑到测试时间以及测试成本，惯性参数的可接受误差需要根据不同的情况具体分析。目前已经证实对于航空航天载具以及地面车辆，较小的惯性参数误差将在计算动力学响应中产生不可忽略的误差。对于航空航天载具，主惯性轴以及惯性张量对飞行控制性能是极其重要的。然而，系统的惯性参数通常是通过三维CAD模型来估计的，该估计易于产生较大的误差。其中误差来源主要包括机械的几何误差、材料缺陷以及密度的不确定(如元器件)等。一般而言，对于一个具有成千上万零件的复杂系统，采用这种方法惯性参数的估计误差将超过实际值的10％甚至更多，这会对复杂系统的控制造成严重的负面影响，进而降低系统性能，影响该系统的使用寿命。解决惯性参数精度不足问题的最终途径是通过测量获得高精度的动力学参数。因此，刚体惯性参数测试设备的研制具有非常重要的研究价值。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，进而提供一种自动化惯性参数测试设备。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种自动化惯性参数测试设备，包括：支撑架、3-URU并联机构、转轴驱动系统、双轴倾角传感器和编码器；所述支撑架由斜肋板、横肋板、四个支撑方柱和支撑板组成，所述支撑板固定在四个支撑方柱的上端，支撑方柱与支撑方柱之间固定有横肋板，支撑方柱与支撑板之间固定有斜肋板。所述3-URU并联机构由三个上虎克铰、三个下虎克铰、顶部板、连杆一、连杆二、动平台和拉压力传感器组成，所述顶部板固定在支撑板的下部，三个上虎克铰呈正三角形固定在顶部板上，三个下虎克铰呈正三角形分别与动平台相连接，一个上虎克铰与一个对应的下虎克铰之间依次连接有连杆一、拉压力传感器和连杆二，上虎克铰的上十字轴的一端设有虎克铰端盖一，上十字轴的另一端设有虎克铰端盖二；下虎克铰轴承座的上端设有与连杆二相连接的轴承，轴承座的左右两端之间设有下十字轴，下十字轴的下端与动平台固定连接。所述转轴驱动系统由机架、减速器、步进电机、离合器动盘、离合器线圈、离合器线圈架、离合器衔铁、离合器连杆法兰和簧片组成，机架固定在顶部板的下部，减速器固定在机架上，步进电机与减速器相连接，离合器动盘固定在减速器的输出轴上，离合器连杆法兰与上虎克铰的上十字轴的一端相连接，离合器衔铁和簧片均固定在离合器连杆法兰上，离合器线圈架固定在机架的下部，离合器线圈设置在离合器线圈架上。所述编码器固定在上虎克铰的上十字轴的另一端上。所述双轴倾角传感器固定在顶部板上。本专利技术的测试设备基于3-URU并联机构研制，一次测试即可完成全部惯性参数的测量，故无需对被测对象构型进行调整，提升了测量效率；测试设备设计了主动驱动系统，可使并联机构运动到指定的初始偏置位置，提高了惯性参数测试的自动化程度；测试设备为被动测量机构，除了测量初始位置通过主动驱动系统来实现外，无需其他机电系统，降低了系统复杂性，节约了成本；测试设备的传感器较少，测量系统更加简洁。本专利技术结构简单、测量精度高、安全可靠、效率高，并且自动化程度较高，可满足不同规格形状的刚体惯性参数的测量要求。附图说明图1为本专利技术自动化惯性参数测试设备的结构示意图(仰视)。图2为本专利技术自动化惯性参数测试设备的结构示意图(主视)。图3为图2的A-A剖视图。图4为图3的B-B剖视图。图5为图4的C处放大图。图6为图4的D处放大图。图7为图4的E处放大图。图中的附图标记，1为斜肋板，2为横肋板，3为机架，4为支撑方柱，5为顶部板，6为虎克铰端盖一，7为上十字轴，8为虎克铰端盖二，9为支撑板，10为连杆一，11为连杆二，12为轴承座，13为轴承端盖，14为下十字轴，15为下端，16为动平台，21为减速器，22为拉压力传感器，23为步进电机，24为双轴倾角传感器，25为离合器动盘，26为离合器线圈，27为离合器线圈架，28为离合器衔铁，29为离合器连杆法兰，30为簧片，31为编码器，41为角接触球轴承，42为深沟球轴承。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术做进一步的详细说明：本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本专利技术的保护范围不限于下述实施例。如图1～图7所示，本实施例所涉及的一种自动化惯性参数测试设备，包括：支撑架、3-URU并联机构、转轴驱动系统、双轴倾角传感器24和编码器31；所述支撑架由斜肋板1、横肋板2、四个支撑方柱4和支撑板9组成，所述支撑板9固定在四个支撑方柱4的上端，支撑方柱4与支撑方柱4之间固定有横肋板2，支撑方柱4与支撑板9之间固定有斜肋板1。所述3-URU并联机构由三个上虎克铰、三个下虎克铰、顶部板5、连杆一10、连杆二11、动平台16和拉压力传感器22组成，所述顶部板5固定在支撑板9的下部，三个上虎克铰呈正三角形固定在顶部板5上，三个下虎克铰呈正三角形分别与动平台16相连接，一个上虎克铰与一个对应的下虎克铰之间依次连接有连杆一10、拉压力传感器22和连杆二11，上虎克铰的上十字轴7的一端设有虎克铰端盖一6，上十字轴7的另一端设有虎克铰端盖二8；下虎克铰轴承座12的上端设有与连杆二11相连接的轴承，轴承座12的左右两端之间设有下十字轴14，下十字轴14的下端15与动平台16固定连接。所述转轴驱动系统由机架3、减速器21、步进电机23、离合器动盘25、离合器线圈26、离合器线圈架27、离合器衔铁28、离合器连杆法兰29和簧片30组成，机架3固定在顶部板5的下部，减速器21固定在机架3上，步进电机23与减速器21相连接，离合器动盘25固定在减速器21的输出轴上，离合器连杆法兰29与上虎克铰的上十字轴7的一端相连接，离合器衔铁28和簧片30均固定在离合器连杆法兰29上，离合器线圈架27固定在机架3的下部，离合器线圈26设置在离合器线圈架27上。所述编码器31固定在上虎克铰的上十字轴7的另一端上。所述双轴倾角传感器24固定在顶部板5上。所述编码器31为十六位绝对式编码器。惯性参数测试时，被测对象通过螺钉和圆柱销安装在动平台上，由于该并联机构为三自由度旋转机构，在给予并联机构初始激励后，被测对象将会受到三个方向的转动激励，这样，通过一次测试即可完成全部惯性参数的测量。为了提高测试设备的自动化程度，在与顶部板连接的三个虎克铰关节上分别装有一套转轴驱动系统，它由步进电机、减速器及电磁离合器组成。步进电机经由减速器减速，再通过电磁离合器控制驱动轴与虎克铰转动轴的连接或断开。首先，让电磁离合器上电，此时，驱动轴与虎克铰转动轴相连，三个步进电机将并联机构驱动至指定的初始位置。然后，将三个电磁离合器同时断电，驱动轴与虎克铰转动轴脱离，并联机构失去外部动力，在重力作用下做三自由度转动。这样，通过该套转轴驱动系统便能为并联机构施加任意初始偏置，不再借助人的力量，从而实现了惯性参数测试的自动化。该测试设备所需传感系统包括三个拉压力传感器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自动化惯性参数测试设备，包括：支撑架、3‑URU并联机构、转轴驱动系统、双轴倾角传感器(24)和编码器(31)；其特征在于，所述支撑架由斜肋板(1)、横肋板(2)、四个支撑方柱(4)和支撑板(9)组成，所述支撑板(9)固定在四个支撑方柱(4)的上端，支撑方柱(4)与支撑方柱(4)之间固定有横肋板(2)，支撑方柱(4)与支撑板(9)之间固定有斜肋板(1)；所述3‑URU并联机构由三个上虎克铰、三个下虎克铰、顶部板(5)、连杆一(10)、连杆二(11)、动平台(16)和拉压力传感器(22)组成，所述顶部板(5)固定在支撑板(9)的下部，三个上虎克铰呈正三角形固定在顶部板(5)上，三个下虎克铰呈正三角形分别与动平台(16)相连接，一个上虎克铰与一个对应的下虎克铰之间依次连接有连杆一(10)、拉压力传感器(22)和连杆二(11)，上虎克铰的上十字轴(7)的一端设有虎克铰端盖一(6)，上十字轴(7)的另一端设有虎克铰端盖二(8)；下虎克铰轴承座(12)的上端设有与连杆二(11)相连接的轴承，轴承座(12)的左右两端之间设有下十字轴(14)，下十字轴(14)的下端(15)与动平台(16)固定连接；所述转轴驱动系统由机架(3)、减速器(21)、步进电机(23)、离合器动盘(25)、离合器线圈(26)、离合器线圈架(27)、离合器衔铁(28)、离合器连杆法兰(29)和簧片(30)组成，机架(3)固定在顶部板(5)的下部，减速器(21)固定在机架(3)上，步进电机(23)与减速器(21)相连接，离合器动盘(25)固定在减速器(21)的输出轴上，离合器连杆法兰(29)与上虎克铰的上十字轴(7)的一端相连接，离合器衔铁(28)和簧片(30)均固定在离合器连杆法兰(29)上，离合器线圈架(27)固定在机架(3)的下部，离合器线圈(26)设置在离合器线圈架(27)上；所述编码器(31)固定在上虎克铰的上十字轴(7)的另一端上；所述双轴倾角传感器(24)固定在顶部板(5)上。...

【技术特征摘要】
1.一种自动化惯性参数测试设备，包括：支撑架、3-URU并联机构、转轴驱动系统、双轴倾角传感器(24)和编码器(31)；其特征在于，所述支撑架由斜肋板(1)、横肋板(2)、四个支撑方柱(4)和支撑板(9)组成，所述支撑板(9)固定在四个支撑方柱(4)的上端，支撑方柱(4)与支撑方柱(4)之间固定有横肋板(2)，支撑方柱(4)与支撑板(9)之间固定有斜肋板(1)；所述3-URU并联机构由三个上虎克铰、三个下虎克铰、顶部板(5)、连杆一(10)、连杆二(11)、动平台(16)和拉压力传感器(22)组成，所述顶部板(5)固定在支撑板(9)的下部，三个上虎克铰呈正三角形固定在顶部板(5)上，三个下虎克铰呈正三角形分别与动平台(16)相连接，一个上虎克铰与一个对应的下虎克铰之间依次连接有连杆一(10)、拉压力传感器(22)和连杆二(11)，上虎克铰的上十字轴(7)的一端设有虎克铰端盖一(6)，上十字轴(7)的另一端设有虎克铰端盖二(8)；下虎克铰轴承座(12)的上端设有与连杆二(11)相连...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宇，黄松，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23