并聯(lián)式壓電六維大力傳感器的研究.pdf

1、巨型重載操作裝備是制造產(chǎn)業(yè)鏈中的基礎(chǔ)裝備，體現(xiàn)國(guó)家極端制造能力和制造水平，是在極端載荷條件下作業(yè)的巨型工業(yè)機(jī)器人，可實(shí)現(xiàn)靈巧的多維力位操作。在重載操作裝備操作過(guò)程中，六維力測(cè)量以及實(shí)時(shí)力反饋是實(shí)現(xiàn)多裝備協(xié)調(diào)操作控制、力順應(yīng)控制的基礎(chǔ)。 大力測(cè)量技術(shù)是在重型裝備的需求驅(qū)動(dòng)下發(fā)展起來(lái)的，通常稱承載能力在10～2000kN范圍內(nèi)的傳感器為大力傳感器，而重載操作裝備中的大力傳感器最大額定承載能力可高達(dá)100MN以上。為了實(shí)現(xiàn)力反饋控制，

2、要求六維大力測(cè)量。因此需要解決大承載能力和多維力測(cè)量之間的矛盾，本文提出對(duì)大載荷進(jìn)行并聯(lián)分載的方法，并利用壓電石英作為測(cè)力敏感元件來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)巨型重載操作裝備操作臂上動(dòng)態(tài)六維力的測(cè)量。 首先，本文分析比較了現(xiàn)今的各種大力測(cè)量技術(shù)以及多維力測(cè)量技術(shù)，并介紹了壓電測(cè)力原理和壓電式傳感器多維力測(cè)量的方法。 其次，分析了壓電傳感器實(shí)現(xiàn)六維大力測(cè)量的并聯(lián)分載原理以及六維力測(cè)量原理。傳感器對(duì)大載荷的并聯(lián)分載原理就是利用機(jī)構(gòu)的并聯(lián)使得傳感

3、器敏感元件所受的載荷與測(cè)量裝置承受的總載荷成一定的線性比例關(guān)系。在測(cè)力平面上按照正方形均勻布置石英敏感元件，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)解耦的方法就可以得出被測(cè)六維力各分力的大小和方向。 第三，通過(guò)有限元分析以及實(shí)驗(yàn)的方法，深入研究了壓電式多維力傳感器的并聯(lián)分載原理，得出各項(xiàng)尺寸變化以及載荷變化時(shí)對(duì)于傳感器各方向分載比的影響。通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析可知，分載實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)各向載荷都有良好的分載性能，并且輸出線性也很好，由此可知利用并聯(lián)式的分載機(jī)構(gòu)完全能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)