特種六分力傳感器設計原理研究.pdf

1、六分力傳感器能同時檢測到三維空間的全力信息，是隨著機器人技術的發(fā)展而出現(xiàn)的一種新傳感器。本文主要圍繞復雜環(huán)境下六分力傳感器系統(tǒng)設計原理的若干關鍵技術和實驗校準等問題進行深入研究，并研制出“氣動力-慣性力復合離心試驗”用六分力傳感器系統(tǒng)，完成的主要工作如下： 1、系統(tǒng)地總結分析了六分力傳感器的概念原理、特點及工程應用，重點回顧了六分力傳感器及其關鍵技術的國內(nèi)外研究狀況。并從測量系統(tǒng)理論的角度，分析了六分力傳感器系統(tǒng)的數(shù)學理論基礎。

2、 2、在對比分析六種可選用的測力敏感元件方案的基礎上，對并聯(lián)結構和盒式結構六分力傳感器分別進行總體方案分析，并重點提出了一種新型八正交梁結構六分力傳感器系統(tǒng)的總體設計方案，同時詳盡闡述了其結構設計、工藝、布片組橋及測量原理等關鍵技術。 3、針對維間耦合嚴重制約著傳感器測量精度的問題，對多分力傳感器解耦算法進行全面系統(tǒng)分析，分別針對靜態(tài)解耦和動態(tài)解耦，提出幾種有效的解耦方法及策略。 4、以并聯(lián)結構六分力傳感器為研究

3、對象，推導出其主要性能指標的解析解，分析了主要性能指標的性能橢球特性；引入性能影響因子，考察了無量綱化的關鍵結構參數(shù)與主要性能指標的量化關系，繪制出主要性能指標的二維性能圖譜；并在此基礎上提出了面向性能指標（DFP）的傳感器設計策略。 針對盒式結構六分力傳感器的關鍵部件--力敏元件與彈性連桿進行優(yōu)化設計，提出了一種基于正交試驗和APDL的結構優(yōu)化方法，并采用該方法實現(xiàn)了力敏元件的優(yōu)化設計，同時推導出新型柔性鉸鏈的柔度解析計算公式

4、，并考察了關鍵結構參數(shù)對新型柔性鉸鏈柔度性能的影響規(guī)律。 利用有限元仿真軟件，對新研制八正交梁結構六分力傳感器進行靜力學特性分析及模態(tài)分析；以維間耦合最小為目標函數(shù)建立了其結構優(yōu)化數(shù)學模型，實現(xiàn)了結構尺寸優(yōu)化；并考察了結構參數(shù)變化影響固有頻率的規(guī)律。完成了新型六分力傳感器的動態(tài)特性仿真研究，獲取了其受到階躍或沖擊載荷后的動態(tài)響應，提取了其動態(tài)性能指標值。 5、建立了六分力傳感器性能的通用評價指標體系模型和AHP-FUZZ