[發明專利]一種基于RCM柔性鉸鏈的靜平衡測量儀

在審

• 申請號: 201611039824.5
• 申請日: 2016-11-22
• 公開（公告）號: CN107152988A
• 公開（公告）日: 2017-09-12
• 發明（設計）人: 趙宏哲;韓東;畢樹生
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01M1/12
• 分類號: G01M1/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域：本發明屬于精密測量與精密定位領域，涉及一種靜平衡測量儀，具體來說，是一種基于RCM柔性鉸鏈的靜平衡測量儀，該柔性鉸鏈具有虛擬轉動中心。

技術背景：萬向節裝置在無人機等飛行器中有著廣泛的應用。若機載萬向節裝置的質心不在其旋轉支架的旋轉中心，當飛行器飛行速度發生變化時，萬向節裝置的質心偏離會產生慣性力矩，從而對設備的姿態調整產生消極的影響。如果能準確測量裝置質心偏差引起的慣性力矩，就可以通過配平消除質心偏差，從而實現設備的靜平衡。

基于RCM柔性鉸鏈的靜平衡測量儀適用于具有轉軸的設備，通過測量其因質心偏差產生的不平衡力矩，進而得到配平質心所需的參數。作為力矩平衡法的關鍵，轉動支撐方式是設計的重點。相對于刀口支撐和軸承支撐，柔性鉸鏈具有無摩擦、承載力高、可一體化加工等優點；同時，此2維柔性鉸鏈可測量設備3個獨立轉軸的不平衡力矩，簡化測量流程。常用的柔性鉸鏈由4個單自由度的柔性模塊串并聯組成，柔性模塊可采用車輪型鉸鏈，蝶形鉸鏈以及廣義交叉簧片柔性虎克鉸等。車輪型柔性鉸鏈的兩個簧片的交叉點是固定的，軸漂較小，而且便于整體化加工，但是轉動剛度相對較大，不利于轉角的精確控制。復合蝶形鉸鏈的整體性能優良，但是加工工藝復雜。廣義交叉簧片柔性鉸鏈是力矩平衡法中常用的轉動支撐，它具有較大的行程，且在一定條件下彎矩剛度近似為常值，以其作為轉動中心的靜平衡測量儀具有良好的靈敏度和承載能力，但是無法一體化加工。此外，這些柔性鉸鏈的轉動中心與被測工件的轉軸存在一定距離，由于靜平衡測量儀工作平臺在測量過程中傾斜，設備的重力勢能參與系統的能量轉換和轉移，導致系統的穩定性和測量效率欠佳。

發明內容：本發明提供了一種靜平衡測量儀，具體包括轉動支撐模塊、傳感器模塊、外圍機械部件模塊這三大部分。該靜平衡測量儀以RCM柔性鉸鏈(1)作為轉動支撐模塊的核心部件，具有測量精度高、壽命長等優點；同時，與以其他柔性鉸鏈作為轉動支撐模塊的靜平衡測量儀相比，該靜平衡測量儀具有穩定性高、測量響應時間短等優點。

本發明的優點在于：

(1)基于RCM柔性鉸鏈的靜平衡測量儀的轉動支撐模塊——RCM柔性鉸鏈(1)是由一整塊材料切割而成，實現一體化加工，沒有裝配誤差，可實現更高的測量精度；

(2)RCM柔性鉸鏈(1)是柔性機構與RCM機構結合，具有虛擬轉動中心(O)，結構簡單，具有大行程，高精度的特點；

(3)RCM柔性鉸鏈(1)為中空結構，利于減輕質量；

(4)RCM柔性鉸鏈虛擬轉動中心(O)與被測工件轉軸重合，提高了測量系統的穩定性；優化了系統做功與勢能的轉換關系，縮短了系統的響應時間，提高了測量效率。

附圖說明：

圖1為本發明基于RCM柔性鉸鏈的靜平衡測量儀結構示意圖

圖2為本發明RCM柔性鉸鏈結構示意圖

圖3為本發明B柔性模塊正視圖

圖4為本發明D柔性模塊正視圖

圖5為本發明工作平臺和配平構件結構示意圖

圖6為本發明機械限位結構示意圖

圖7 RCM柔性鉸鏈虛擬轉動中心與被測工件轉軸位置關系

圖7a虛擬轉動中心在被測工件轉軸下方

圖7b虛擬轉動中心在被測工件轉軸上方

圖7c虛擬轉動中心與被測工件轉軸重合

圖中：

1-RCM柔性鉸鏈2X-X力傳感器2Y-Y力傳感器

31-工作平臺32X-X頂桿 33X-X配平構件

34X-X升降臺35X-X機械限位 32Y-Y頂桿

33Y-Y配平構件34Y-Y升降臺 35Y-Y機械限位

36-鉸鏈底座37-氣浮臺 11-A柔性模塊

12-B柔性模塊 13-C柔性模塊14-D柔性模塊

15-動剛體16-靜剛體 111-A中間運動塊

112-A靜剛體113-A動剛體 114-A1簧片

115-A2簧片 116-A3簧片117-A4簧片

118-A中間局部運動塊121-B中間運動塊 122-B靜剛體

123-B動剛體124-B1簧片125-B2簧片

126-B3簧片 127-B4簧片128-B中間局部運動塊

131-C中間運動塊132-C靜剛體 133-C動剛體

134-C1簧片 135-C2簧片136-C3簧片