一種新型六維腕力傳感器的設(shè)計研究.pdf

1、本論文提出了一種新型的并聯(lián)六維腕力傳感器，它能很好的解決傳統(tǒng)力傳感器中存在的剛度和靈敏度之間相互矛盾的問題。該傳感器采用并聯(lián)結(jié)構(gòu)形式，通過在六根彈性連桿上安裝附加彈性元件的方法，來達到放大彈性連桿的應(yīng)變的目的。在附加彈性元件的變形筋上貼應(yīng)變片，從而通過測量附加彈性元件變形筋上的受力來達到測量彈性連桿上的力的目的，這樣可以大幅度提高檢測的靈敏度。而不必為提高靈敏度在彈性連桿上串聯(lián)變形環(huán)節(jié)，所以保證了該傳感器有很大的剛度。 本文首先

2、對并聯(lián)力傳感器的力變換原理進行了分析，為并聯(lián)力傳感器的設(shè)計提供基本的理論依據(jù)。然后利用并聯(lián)傳感器的空間力傳遞關(guān)系，直接推導(dǎo)出感測力的六維雅可比矩陣，并將六維力雅可比矩陣用具體的結(jié)構(gòu)參數(shù)解析表達。利用ADAMS仿真，驗證了理論分析的正確性。 依據(jù)力雅可比矩陣條件數(shù)最小原則，推導(dǎo)出雅可比矩陣條件數(shù)與傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)的解析關(guān)系。并依此設(shè)計出傳感器的基本結(jié)構(gòu)。 對附加彈性元件的應(yīng)變放大原理進行了分析，推導(dǎo)出了應(yīng)變放大倍數(shù)與附加彈性

3、元件的結(jié)構(gòu)參數(shù)的解析關(guān)系，找出了影響附加彈性元件應(yīng)變放大倍數(shù)的因素，為對附加彈性元件進行結(jié)構(gòu)設(shè)計和優(yōu)化提供了理論依據(jù)。 以附加彈性元件的應(yīng)變放大理論為依據(jù)，利用有限元法對附加彈性元件進行了有限元分析，在此基礎(chǔ)上，進一步對附加彈性元件的結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化，得到了附加彈性元件的優(yōu)化結(jié)構(gòu)。 利用機械系統(tǒng)動力學(xué)仿真軟件ADAMS對傳感器進行了結(jié)構(gòu)瞬態(tài)動力學(xué)分析，通過動態(tài)響應(yīng)曲線得到了傳感器的基本動態(tài)性能參數(shù)。 對傳感器系統(tǒng)進