专利名称：六维并联天平的制作方法
技术领域：
本发明的六维并联天平属风洞试验力-力矩传感器制造领域，特别涉及一种空间六维力-力矩并联风洞天平机构。
并联机构在1949年就出现过，是一个叫高夫(Gough)的人设计来检测轮胎的，在60年代，这种机构被重新发掘出来，原因是因为这种机构在飞行模拟器上更实用。在1965年，斯帝瓦特(Stewart)这个人利用6自由度的并联机构做了一个飞行模拟器，并把这种机构称为斯帝瓦特(Stewart)机构。因此一开始，并联机构多指6自由度的斯帝瓦特(Stewart)或高夫一斯帝瓦特(Gough-Stewart)机构。80年代开始成为研究热点，随着理论研究的不断深入以及并联机构所具有的明显的优点，并联机构已应用于机器人、机床、定位装置和测量装置等领域。1989年，凯尔(Kerr)最早提出将并联机构应用于六维力-力矩传感器；CharlesC等分析了其基本理论；A.Romiti和M.Sorli研究了在机器人装配手中六维力测量；M.Sorli和N.Zhmud给出了在机器人装配手中六维力测量的应用实例。
在国内，近年来传统风洞试验天平无突破性进展，某些特种天平有一定的发展；在申请号为99119320和99102421专利文件中公开了“并联解耦结构六维力与力矩传感器”和“一种具有弹性铰链六维力与力矩传感器”。并联机构的不足之处有位置正解复杂、工作空间小、存在奇异形位等，本发明将并联机构引入风洞试验天平，可避免其缺点，充分利用并联机构的刚度高、精度高等固有优点，解决传统风洞天平的问题。
发明内容
本发明目的在于克服现有类型天平的不足之处，提供一种可同时检测三维空间的全力信息的并联风洞天平，其灵敏元件可为应变式、压电式、电容式等。具有结构简单、成本低、模块化程度高、装配工艺性好、校准简单、检测维护方便，根据应用需求，可实现高精度、高刚度、高灵敏度、高动态响应、高线性度等特点。
本发明的技术解决方案如下本发明的六维并联天平的构成是，其上装有主支杆的上平台与固定于风洞壁上的下平台通过六根等长连杆与装于上平台圆周上和下平台圆周上的球铰相连，构成空间并联闭环结构。每根连杆的上连杆与下连杆通过螺母相互连接，连杆上均固定有力敏元件，。
被测试模型装于上平台的主支杆上，利用每根连杆上的力敏元件微变形或电荷变化量来测量被测模型的空间六维受力。
本发明与现有技术相比具有以下优点1.本发明并联天平与传统天平相比，具有高精度、高刚度、高灵敏度、高动态响应、带宽高、高线性度等。
2.本发明六维并联天平具有结构简单，相同零件数量少，制造方便，成本低。
3.本发明六维并联天平模块化程度高，便于实现系列化、通用化、标准化，易于实现大量程，制造装配工艺性好，便于检测与维护。
4.本发明六维并联天平具有位置反解简单，校准方便，干扰小。
5.本发明六维并联天平灵敏元件可为应变式、压电式、电容式等，可方便地添加过载保护装置，增强天平的抗冲击能力。
6.本发明六维并联天平可同时检测三维空间的全力信息，在需要测量空间六维力的场合有广泛的应用前景和应用价值。
图1是本发明的六维并联天平结构示意图；图2是本发明的六维并联天平的连杆与上下平台几种连接方式的示意图；图1中的标点名称1.被测试模型，2.上连杆，3.与9螺母，4.力敏之件，5.与10球铰，6.风洞壁，7.下平台，8.下连杆，11.上平台，12.主支杆图2中的图a至图b为上平台半径小于下平台半径的几种连接方式，其中图a、3～3连接方式，图b、3-6连接方式，图c、6-3连接方式，图d、6-6连接方式，图e至图h为上平台半径大于下平台半径的几种连接方式，其中图e、3-3连接方式，图f、3-6连接方式，图g、6-3连接方式，图h、.6-6连接方式。
具体实施例方式
由图1可知，本发明的六维并联天平的具体组成是，其上装有主支杆12的上平台11与置于风洞壁6上的下平台7通过六根等长度的连杆与装于上、下平台圆周上的球铰相连，构成空间并联闭环结构。每根连杆由上连杆2和下连杆8通过螺母3连接而成，力敏元件4固定在每根连杆上。力敏元件4可以是压电陶瓷力敏元件、电容式力敏元件、矩形应变式力敏元件以及环行应变式力敏元件等。被测试模型1(如模型飞机等)安装在上平台11的主支杆12上。利用每根连杆上的力敏元件感受连杆的受力，引起压电式、电容式力敏元件电荷的变化或引起应变式力敏元件的微变形，来实现对被测试模型1(如飞机)的空间六维力测量。
本发明的上平台与下平台有如图2所示的几种连接方式。其中图a至图d为上平台小于下平台的四种连接方式，图e至图h为上平台大于下平台与图a至图d相对应的四种连接方式。如图a与图e是3-3连接方式，即上、下平台圆周上都分别均分地安装有三个球铰，通过六根等长度连杆将上、下平台圆周上的三个球铰对应地连接起来，故简称为3-3连接方式。图b与图f是上平台圆周上均分地安装三个球铰，而下平台圆周上安装6个球铰，通过六根等长度连杆将上下平台圆周上的球铰连接起来，故称为3-6连接方式，与此类推，图c与图g为6-3连接方式，图d与图h为6-6连接方式。
权利要求
1.一种六维并联天平包括上平台、下平台，其特征在于，其上装有主支杆的上平台与置于风洞壁上的下平台通过其上装有力敏元件的连杆与装于上平台圆周上和下平台圆周上的球铰相互连接成空间并联闭环结构。
2.依据权利要求1所述的六维并联天平，其特征在于，连杆由上连杆与下连杆通过螺母连成而成。
全文摘要
一种六维并联天平属风洞试验力—力矩传感器领域，此天平有其上装由主支杆(12)的上平台(11)与置于风洞壁(6)上的下平台(7)通过其上装有力敏元件(4)的连杆与装于上、下平台圆周上的球铰(5)相互连接成空间并联闭环结构。其中连杆由上连杆(2)和下连杆(8)通过螺母(3)连接而成。本天平与现有技术相比，具有高精度、高灵敏度、高动态响应、高线性度的特点，还具有结构简单、成本低等优点。
文档编号G01M9/00GK1456871SQ0313186
公开日2003年11月19日 申请日期2003年6月12日 优先权日2003年6月12日
发明者姚裕, 吴洪涛, 张召明 申请人:南京航空航天大学