特種六分力傳感器設(shè)計(jì)原理研究.pdf

1、六分力傳感器能同時(shí)檢測(cè)到三維空間的全力信息，是隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的一種新傳感器。本文主要圍繞復(fù)雜環(huán)境下六分力傳感器系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理的若干關(guān)鍵技術(shù)和實(shí)驗(yàn)校準(zhǔn)等問題進(jìn)行深入研究，并研制出“氣動(dòng)力-慣性力復(fù)合離心試驗(yàn)”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(jié)分析了六分力傳感器的概念原理、特點(diǎn)及工程應(yīng)用，重點(diǎn)回顧了六分力傳感器及其關(guān)鍵技術(shù)的國內(nèi)外研究狀況。并從測(cè)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(xué)理論基礎(chǔ)。

2、 2、在對(duì)比分析六種可選用的測(cè)力敏感元件方案的基礎(chǔ)上，對(duì)并聯(lián)結(jié)構(gòu)和盒式結(jié)構(gòu)六分力傳感器分別進(jìn)行總體方案分析，并重點(diǎn)提出了一種新型八正交梁結(jié)構(gòu)六分力傳感器系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，同時(shí)詳盡闡述了其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝、布片組橋及測(cè)量原理等關(guān)鍵技術(shù)。 3、針對(duì)維間耦合嚴(yán)重制約著傳感器測(cè)量精度的問題，對(duì)多分力傳感器解耦算法進(jìn)行全面系統(tǒng)分析，分別針對(duì)靜態(tài)解耦和動(dòng)態(tài)解耦，提出幾種有效的解耦方法及策略。 4、以并聯(lián)結(jié)構(gòu)六分力傳感器為研究

3、對(duì)象，推導(dǎo)出其主要性能指標(biāo)的解析解，分析了主要性能指標(biāo)的性能橢球特性；引入性能影響因子，考察了無量綱化的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)與主要性能指標(biāo)的量化關(guān)系，繪制出主要性能指標(biāo)的二維性能圖譜；并在此基礎(chǔ)上提出了面向性能指標(biāo)（DFP）的傳感器設(shè)計(jì)策略。 針對(duì)盒式結(jié)構(gòu)六分力傳感器的關(guān)鍵部件--力敏元件與彈性連桿進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提出了一種基于正交試驗(yàn)和APDL的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，并采用該方法實(shí)現(xiàn)了力敏元件的優(yōu)化設(shè)計(jì)，同時(shí)推導(dǎo)出新型柔性鉸鏈的柔度解析計(jì)算公式

4、，并考察了關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)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(duì)新研制八正交梁結(jié)構(gòu)六分力傳感器進(jìn)行靜力學(xué)特性分析及模態(tài)分析；以維間耦合最小為目標(biāo)函數(shù)建立了其結(jié)構(gòu)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化；并考察了結(jié)構(gòu)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(dòng)態(tài)特性仿真研究，獲取了其受到階躍或沖擊載荷后的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，提取了其動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)值。 5、建立了六分力傳感器性能的通用評(píng)價(jià)指標(biāo)體系模型和AHP-FUZZ