基于模糊理论摆式陀螺仪悬挂带的优化设计.pdf

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1、第３８卷第４期光学仪器Ｖｏｌ．３８，Ｎｏ．４２０１６年８月ＯＰＴＩＣＡＬＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴＳＡｕｇｕｓｔ，２０１６文章编号：１００５-５６３０（２０１６）０４-０３６３-０５基于模糊理论摆式陀螺仪悬挂带的优化设计冯天书１，２，３，黄海波１，２（１．苏州大学机电工程学院机器人与微系统研究中心，江苏苏州２１５００２；２．苏州纳米科技协同创新中心，江苏苏州２１５００２；３．苏州一光仪器有限公司，江苏苏州２１５００６）摘要：摆式陀螺仪为陀螺经纬仪的核心部件，以摆式陀螺仪的悬挂带为研究对象，提出了利用模糊理论结合设计水平、零件的制造水平、零件材料的好坏、零件的重要程度四个因素对悬挂带安全

2、系数进行模糊综合评价。确定合理的安全系数后，根据陀螺仪工作时要求悬挂带对陀螺灵敏部产生的反作用力最小的原则，从而进行悬挂带的最佳宽厚比计算。通过优化设计使悬挂带既能保证安全又能节省材料。关键词：陀螺仪；悬挂带；模糊综合评价；宽厚比中图分类号：ＴＨ７６１文献标志码：Ａdoi：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５-５６３０．２０１６．０４．０１５Designofthesuspendedbandofthesuspendedgyrocompassbasedonfuzzytheory１，２，３，ＨUANGＨaibo１，２ＦＥNGTianshu（１．ＲｏｂｏｔｉｃｓａｎｄＭｉｃｒｏｓｙｓｔ

3、ｅｍｓＣｅｎｔｅｒ，ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｏｏｃｈｏｗＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｕｚｈｏｕ２１５００２，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅＩｎｎｏｖａｔｉｏｎＣｅｎｔｅｒｏｆＳｕｚｈｏｕＮａｎｏＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｕｚｈｏｕ２１５００２，Ｃｈｉｎａ；３．ＳｕｚｈｏｕＦＯＩＦＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｕｚｈｏｕ２１５００６，Ｃｈｉｎａ）Abstract：Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄｇｙｒｏｃｏｍｐａｓｓｉｓｔｈｅｍａｉｎｐａｒｔｏｆｇｙｒｏ-ｔｈｅｏｄｏｌｉｔｅ．Ｂａｓｅｄｏｎｆｕｚｚｙｔｈｅｏｒｙ，ｔｈｅ

4、ｐａｐｅｒｄｉｓｃｕｓｓｅｓｔｈｅｓｕｓｐｅｎｄｅｄｂａｎｄｓａｆｅｔｙｆａｃｔｏｒａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｄｅｓｉｇｎ-ｌｅｖｅｌ，ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ-ａｂｉｌｉｔｙ，ｍａｔｅｒｉａ-ｌｑｕａｌｉｔｙ，ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ-ｉｍｐｏｒｔａｎｃｅ．Ａｆｔｅｒｏｂｔａｉｎｉｎｇｔｈｅｓａｆｅｔｙｆａｃｔｏｒ，ｔｈｅｏｐｔｉｍｕｍｓｃａｌｅｗｉｄｔｈａｎｄｔｈｉｃｋｎｅｓｓａｒｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｔｈａｔｔｈｅｆｏｒｃｅｂａｎｄａｃｔｉｎｇｏｎｔｈｅｇｙｒｏ’ｓｓｅｎｓｉｔｉｖｅｎｅｓｓｄｅｐａｒｔｍｅｎｔｉｓｔｈｅｓｍａｌｌｅｓｔ．Ｔｈ

5、ｒｏｕｇｈｏｐｔｉｍｉｚｅｄｄｅｓｉｇｎ，ｔｈｅｓｕｓｐｅｎｄｅｄｂａｎｄｅｎｓｕｒｅｓｓａｆｅｔｙａｎｄｓａｖｅｓｍａｔｅｒｉａｌ．Keywords：ｇｙｒｏｃｏｍｐａｓｓ；ｓｕｓｐｅｎｄｅｄｂａｎｄ；ｆｕｚｚｙｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎ；ｓｃａｌｅｗｉｄｔｈａｎｄｔｈｉｃｋｎｅｓｓ引言陀螺经纬仪是一种将陀螺仪和经纬仪结合成一体用作定向的仪器。陀螺经纬仪可以不受时间和环境的限制，全天候测定真北方向，同时其操作简单、方便又能保证较高的定向精度，因此，在军事、航天、矿山、隧道、海洋和测绘部门得到日益广泛的应用。收稿日期：２０１５-１２-１１作者简介：冯天书（１９

6、７８—），男，工程师，主要从事仪器仪表的研究。Ｅ-ｍａｉｌ：ｔｉａｎｓｈｕｆｅｎｇ＠ｆｏｉｆ．ｃｏｍ．ｃｎ·３６４·光学仪器第３８卷陀螺仪是陀螺经纬仪的核心部件，是悬挂式二自由度摆式陀螺仪。目前对陀螺经纬仪研究多数集中在利用各种观测方法来提高仪器的定向精度和缩短定向的时间，或者探讨如何提高仪器的自动化程［１］度。但是从陀螺仪本身出发进行关键零件优化的研究较少。［２-５］悬挂带是摆式陀螺仪的关键零件之一，它是用来支撑可以转动的陀螺灵敏部。主要设计要求是在保证安全系数的情况下，使陀螺仪工作时对陀螺灵敏部产生的反作用力矩最小。为此安全系数如何确定就显得十分重要，安全系数设计得太大不利于

7、材料的节省，安全系数设计得太小又影响仪器的可靠性。依据以往的传统设计方法，安全系数的确定通常根据设计经验进行选择，并且不同的设计人员根据认识和经验的不同选择的安全系数也会有差异，这样选择的安全系数在科学性和客观性方面就显得欠缺了一［６］些。本文从摆式陀螺仪本身出发，以关键零件悬挂带为研究对象，探讨如何运用模糊综合评价理论，结合设计水平、零件的制造水平、零件材料的好坏、零件的重要程度四个因素对悬挂带的安全系数进行模糊综合评价，进而确定安全合理的安全系数。１摆式陀螺仪结构及寻北原理图