陈华鑫尤晶晶王林康史浩飞叶鹏达

(1.南京林业大学机械电子工程学院，江苏 南京 210037；2.江苏省精密与微细制造技术重点实验室，江苏 南京 210016)

六维加速度传感器在汽车安全、机器人、航空航天等领域有着广泛的应用[1－3]。 随着科学的进步与发展，为了获取物体实时、精确的位姿信息，人们对六维加速度传感器的灵敏度、精度要求越来越高。目前，六维加速度传感器仍处于实验室原理论证阶段。 Vladimir Chapsky 等提出了一种弹簧光电型六维加速度传感器[4]，孙治博等提出了一种基于Gough-Stewart 机构的六维加速度传感器[5]，他们的不足之处是在解耦过程中忽略了质量块与基座的相对运动而没有考虑机构的奇异位形。 然而，由于多维传感器弹性体结构的自由度数较高，传感器在工作时可能处于奇异位形。 当弹性体结构的位姿接近于奇异位形时，其灵活度大幅下降，甚至实际自由度不再与理论自由度相等，严重影响了传感器的性能。因此，六维加速度传感器弹性体结构的奇异性是一个重要的性能指标。

本课题组已设计出四种构型的六维加速度传感器，包括9－3、9－4、12－4 和12－6 型。 前期研究结果表明，不同构型传感器的刚度、测量精度、效率等性能指标不同[6]，同一构型的多个性能指标之间也存在矛盾[7]。 为适应不同的工作场合[8－11]，我们提出了“可重构六维加速度传感器”的概念，即六维加速度传感器的弹性体结构能够在多种构型之间自由切换。

本文对一种可重构六维加速度传感器的四种构型建立了正向动力学方程和正向运动学方程，推导出了由基座加速度分量表达的质量块相对于基座的位姿解。……