预紧式并联六维加速度传感器的结构优化设计开题报告

1. 研究目的与意义

在机器人、航空航天等领域常常需要测量运动载体的加速度以提供后续反馈控制信息，三维空间内物体的运动包括三维线运动和三维角运动，因此，需要一种传感器能够同时测量载体的三维线加速度和三维角速度（合称六维加速度）。

目前采用的传感思路是将多个加速度计和多个陀螺仪组合在一起进行测量，缺陷是对单个传感器的安装精度要求极高，不利于工程实现。

本课题提出一体化的设计思想，多个传感器共用一个惯性质量块，理论上能够解决上述不足。

2. 国内外研究现状分析

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 质量块作用型六维加速度传感器 国外：日本立命馆大学的 amarasinghe 等人在一种压阻式六维力传感器 [1] 的基础上进行改进，提出了一种基于四梁结构的压阻式六维加速度传感器 [2-5] ，如图 1.1 所示。

质量块通过四根弹性梁连接到传感器的基座上，每根梁上粘贴 5 个压敏电阻。

借助于 6 个惠斯通电桥将压敏电阻阻值的变化率转换成电压，并借助于有限元仿真结果将桥路输出电压值所对应的弹性梁应变量转换成质量块相对于基座的六维加速度。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：① 对预紧式并联六维加速度传感器进行机械结构设计，特别是预紧结构和复合弹性球铰链的设计。

② 以灵敏度、频带和精度为设计指标（多目标），对传感器的结构参数进行优化设计。

研究计划：第1-2周：查阅文献，了解研究对象，完成开题报告。

4. 研究创新点

特色与创新： 相对于传统的无陀螺捷联惯导系统而言，预紧式并联六维加速度传感器属于一体化设计结构，理论上不存在尺度效应，便于工程实现。