新型過約束正交并聯(lián)六維力傳感器測量模型與靜態(tài)標(biāo)定試驗

面向航空航天領(lǐng)域?qū)χ剌d大噸位多維測力傳感器的急需,通過引入冗余測力分支,提出一種適用于重載測力場合的新型過約束正交并聯(lián)六維力傳感器結(jié)構(gòu),在提高傳感器結(jié)構(gòu)剛度和承載能力的同時有效抑制了關(guān)節(jié)摩擦對多維力傳感器測量精度的影響。 基于螺旋理論,推導(dǎo)得到了該并聯(lián)傳感器一階靜力影響系數(shù)矩陣,建立理想狀態(tài)下該新型過約束正交并聯(lián)六維力傳感器測量數(shù)學(xué)模型?？紤]各測量分支的初始預(yù)緊力與剛度,基于傳感器靜力平衡方程與補充建立的位移協(xié)調(diào)方程,推導(dǎo)建立考慮初始預(yù)緊力與分支剛度因素下該新型過約束正交并聯(lián)六維力傳感器測量數(shù)學(xué)模型。 在此基礎(chǔ)上,設(shè)計并研制該新型過約束正交并聯(lián)六維力傳感器樣機,搭建傳感器加載標(biāo)定與信號采集及處理試驗系統(tǒng),對新型過約束正交并聯(lián)六維力傳感器進行了加載標(biāo)定試驗。根據(jù)試驗結(jié)果計算了傳感器測量偏差矩陣,分析得到了傳感器測量精度,從而為重載過約束并聯(lián)六維力傳感器的開發(fā)與應(yīng)用提供了參考。? 為提高大量程六維力傳感器的靈敏度,設(shè)計了一種適用于機械臂末端的應(yīng)變式傳感器。該傳感器采用十字梁式彈性體結(jié)構(gòu),通過優(yōu)化應(yīng)變梁結(jié)構(gòu)和合理布置應(yīng)變片等方式,使傳感器在大量程條件下仍具有較高的剛度和靈敏度。使用有限元法分析驗證了傳感器應(yīng)力分布的合理性,并根據(jù)最小二乘法標(biāo)定原理對傳感器進行解耦標(biāo)定實驗,實驗結(jié)果表明:傳感器靜態(tài)性能良好,最小靈敏度為0.375 m V/N,滿足使用要求。