基于9-SPS冗余并联机构的六维加速度传感器研究

六维加速度传感器是航空航天、机器人技术等领域获得全信息动力学参数的一种重要惯性元件，其相关的一些关键技术问题还未解决，国内外对其研究处于探索阶段。.本项目提出利用9-SPS冗余并联机构作为传感器的弹性体结构，用压电陶瓷作为敏感元件。重点研究六维加速度传感器的动力学建模、微分方程的数值稳定性分析、弹性球铰链的优化设计、信号处理系统、动/静态标定等问题，旨在提高六维加速度传感器的频率响应、测量精度、增大量程，同时提出并联型六维加速度传感器的综合性能评价指标，为多维加速度传感器的实用化提供必要的理论基础。.设计的加速度传感器综合了并联机构和压电陶瓷的优点，不但具有更宽的量程，而且由于该机构运动学正解存在解析解，可加快运算速度，提高传感器的响应频率。采用高度对称结构和对称压电单元增大了传感器灵敏度，同时提高了精度在三个方向的各向同性度，减少了传感器的横向灵敏度，减弱热噪声的影响。

针对六维加速度难以同时准确测量的现状，提出一种9-SPS并联机构的六维加速度传感器新构型，并完成其运动学及动力学解耦运算。通过定义关键参数实现性能建模，基于建模结果对其结构进行进一步优化，使其综合性能达到最优。开发了其特有的信号采集及测量系统，同时设计并加工出与其匹配的标定平台。加工出六维加速度传感器实验样机，运用“四步法”进行参数辨识指导实验研究。实验结果表明，本项目提出的设计方案、解耦算法以及相应的实验方法是完全可行的，且有最大相对误差不超过7.5%。 . 在此基础上，提出一种可重构六维加速度传感器的新型构型。针对该模型进行尺寸效应误差分析，并提出对应的误差补偿方案。结合算例验证与实验研究的结果，可知误差补偿方案的有效性。将可重构六维加速度传感器应用于导航领域，提出一种基于六维加速度传感器的GFSINS/GPS组合导航方案。建立该方案的具体数学模型并运用卡尔曼滤波方法及自适应滤波方法分别对其进行滤波操作，算例验证表明，该操作有效抑制了误差发散，提高了系统的鲁棒性，为六维加速度传感器的实际应用奠定了基础。