重型制造装备作为提升制造业水平中重要的基础装备,在核电、造船、化工、国防等领域的大型构件制造中广泛应用,与其协调作业重载操作装备是当前世界最大的多自由度重载工业机器人,集成了液压技术、机械制造技术、测量控制技术,与加工装备相比,重载操作装备具有惯量大、承受的工作载荷大、冲击大、自由度多而且多维力位操控能力强的特点。为了实现重型制造装备和重载操作装备控制系统精确、高效、节能环保地协调工作就需要对操作装备进行空间六维力实时精确的测量,这也是重载操作装备设计制造的关键点。与国外先进国家相比,我国在多自由度重载操作装备方面完全依赖于进口,相关的基础研究十分薄弱,落后的操作装备技术严重阻碍我国大型复杂构件的制造技术的提升。本文在国家自然基金(51205165)的资助下主要对基于压电石英的六维大力传感器的关键技术进行探讨,主要包括对压电式六维大力传感器的并联分载原理的研究和提出了一种利用压电石英作为力敏元件基于并联分载原理八支点轮辐式六维大力传感器。具体工作有如下几项:论文提出了一种以压电石英作为力敏元件基于并联分载原理的八支点布局方式的轮辐式六维大力传感器,传感器具有高刚度和高灵敏度,给出了传感器和力敏元件的结构、传感器的测力原理方程,并且介绍了压电机理和压电效应方程。论文介绍能量守恒定律的实功原理应用到并联分载原理的研究,结合弹性力学和材料力学知识推导出了轮辐式六维大力传感器分支传感器轴向并联分载比公式,横向并联分载比公式,转矩并联分载比公式和弯矩分载比公式,建立了传感器并联分载比与传感器结构参数之间的关系。论文利用ANSYS软件对分支传感器承受的载荷和分支传感器主要结构参数对传感器并联分载比的影响进行了有限元仿真分析,给出了仿真分析的模型,主要的研究的因素包括:载荷大小,传感器端盖高度,传感器底座高度,分载环的高度,分载环和力敏元件横截面积比,通过改变相应因素的大小仿真分析出因素对传感器分载比的影响,并绘制出因素大小对传感器分载比影响的趋势图,得出了并联分载比与相应因素之间的关系,方便了传感器结构参数的选择,有效指导了传感器的研究和设计制造工作。