多维力传感器作为获取机器人与外界环境交互信息的关键装置之一,对于提高机器人力控制水平有着重要作用。机器人在未知环境下高速作业时,存在负载在多维加速度场下引起的惯性力,多维力传感器测得的力/力矩无法准确反映末端工具与环境的真实接触力,尤其是在发生碰撞存在较大冲击的情况下。针对上述问题,本文构建一种基于多维力传感器的辨识末端负载引起的惯性力的方法,同时为了防止碰撞等过程中多维力传感器弹性元件因过载失效,对多维力传感器设计一种全方位、低耦合的过载保护装置。首先,利用多维力传感器对末端负载的静态惯性参数进行辨识。构建末端负载与外界环境接触点力信息与多维力传感器测量力/力矩之间的变换关系,通过改变末端装置的位姿,结合最小二乘法和坐标变换原理,求解得末端负载的质心坐标及重力、多维力传感器零点和安装位姿角,以及分析传感器弹性体自身变形的微分运动。其次,基于六维力传感器进行动态力辨识。辨识高速作业下因末端负载引起的惯性力,采用Kalman滤波算法将惯性传感器输出的负载运动规律、十个惯性参数与六维力传感器上的测量值进行数据融合,进而估算末端负载的动态力。考虑碰撞过程中碰撞力的幅值大、持续短的特点,通过Adams软件模拟末端负载发生碰撞时的动态力变化,研究分析通过设定接触力阈值来实现对末端装置的接触检测,对多维力传感器测量值设定阈值来实现碰撞检测。接着,针对六维力传感器在动态环境下的安全保护问题,设计一种全方位、低耦合的过载保护机构。根据传感器弹性体各工况下的变形情况,采用限位柱销式方法设计限位板,并在限位板不同位置设置限位间隙以限制弹性体中心台的变形量,满足传感器在不同维度不同过载能力的需求。在实现过载的同时,对限位板进行结构轻量优化,降低装置的自身质量。综合考虑限位板的变形特点结构耦合性及加工工艺性,对预设的各限位间隙进行分析调整,并结合有限元分析最大耦合误差为19.54%,最大过载能力为19.5倍。最后,为了验证动态力辨识方法的精度,搭建动态力测试实验平台。对惯性参数进行辨识,并构建动态运动环境,通过加载拉簧模拟外界环境力,以辨识动态力。采用Kalman滤波进行数据融合,进行惯性力补偿,验结果表明,惯性力补偿后的外界环境力的相对误差为0.2547%,高精度的辨识出末端负载与外界接触的环境力。