【摘 要】
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六维力传感器能获取空间全力信息,具有较高的动静态性能,在机器人操作手、空间站对接仿真、火箭发动机推力测试、机床健康监测等多个领域都发挥着极其重要的作用,已经日益成为自动检测和控制的关键。应变式多维力传感器因其静态性能好而为人们所重视,尤其在一些对静态性能有特殊要求的场合更是如此,因此,开展新型应变式六维力传感器结构设计、分析研究与原型实验,研究如何进一步改善传感器静态性能、降低解耦难度和串扰的影响
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六维力传感器能获取空间全力信息,具有较高的动静态性能,在机器人操作手、空间站对接仿真、火箭发动机推力测试、机床健康监测等多个领域都发挥着极其重要的作用,已经日益成为自动检测和控制的关键。应变式多维力传感器因其静态性能好而为人们所重视,尤其在一些对静态性能有特殊要求的场合更是如此,因此,开展新型应变式六维力传感器结构设计、分析研究与原型实验,研究如何进一步改善传感器静态性能、降低解耦难度和串扰的影响、降低传感器对使用环境和安装过程的要求,是促进相应传感器进一步实用化的重要手段。论文研究提出了一种在同一平面上围绕同一个旋转中心等间隔分布八个梁柱的“平板式八梁结构”应变式六维力传感器,并从原理到实验展开了研究:分析了传感器获取六维力信息的原理;研究了传感器灵敏度的计算方法;通过数值模拟进一步分析和验证了传感器的静态性能;研究了传感器的解耦方法;搭建了传感器静态特性测试实验系统,对传感器进行了静态特性测试实验,验证了新传感器的可行性和测试系统的适用性。本文主要工作包括:（1）“平板式八梁结构”应变式六维力传感器结构分析。分析了传感器的测量原理,建立了传感器的静态数学模型,推导了传感器等效刚度的计算方法,得到了传感器的灵敏度的计算方式;对传感器进行了数值模拟分析,得到了其静动态的特性性能;研究了六维力传感器的解耦方法,分析了线性解耦方法中的最小二乘法。（2）搭建了应变式六维力传感器静态测试系统。分析了静态测试系统的硬件组成,研究了应变式六维力传感器加工和安装的工艺及流程,并设计了相关夹具。设计了传感器静态测试系统中的硬件电路,将六维力传感器的应变变化转化为电压变化,并进行放大与滤波处理,最后转换为六通道的模拟信号输出,由采集设备传入计算机进行处理分析。（3）在静态实验测试系统上对所设计的传感器进行了静态测试实验。根据实验数据和最小二乘法的解耦结果分析得到了传感器的静态特性参数,验证了本文设计的新型结构的应变式六维力传感器的可行性,最后分析了静态测试实验系统中的误差的来源。论文在应变式六维力传感器的结构设计、原理分析和实验研究上的取得的成果对相关类型传感器的研制具有一定的参考价值。
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