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一种新型高精度六维力传感器的设计与研究

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一种新型高精度六维力传感器的设计与研究

传统的单维力传感器已经不能满足现代生产和科技的需要,六维力传感器越来越受到众多学者的关注。
六维力传感器能够同时测量六个方向的力和力矩,被广泛应用在机器人手臂,航空航天,生物医疗等领域。但是现阶段研究的六维力传感器普遍存在很多问题,高精度、高灵敏度的传感器急需进一步研究。
本文结合理论分析、有限元模拟与模拟实验等方法,在已有传感器研究的基础上,对传感器的结构进行优化分析,提出一种新型的高精度六维力传感器,主要研究内容包括:1、在深入分析传感器的各项性能,探究了传感器性能随传感器几何参数的变化规律后。提出了一种新型的复合梁式六维力传感器结构。该传感器结构简单,且变形明显,贴片位置易操作。并采用正交试验和有限元模拟的方法确定了传感器的最优尺寸参数。
2、利用abaqus分析软件建立传感器的模型,并对传感器进行了静力分析,动态分析。得到了在外力荷载作用下该传感器的应变分布,以及传感器前六阶的固有频率。结果表明该传感器线性度良好。
3、基于惠斯通电桥的基本原理,确定六维力传感器的布片。以有限元的分析结果为基础,确定弹性体最大变形区域。结合传感器结构的对称性,对其进行合理的布片,并适当的增大输出。在贴片上减小了六维力传感器的维间耦合问题。
4、研制传感器专用的标定装置。根据传感器的结构和外形,设计一套专用的传感器标定装置。根据模拟实验的结果,对传感器进行解耦研究。用最小二乘法和BP神经网络方法计算它们之间的关系,完成传感器的标定研究。研究表明,BP神经网络方法具有更好的解耦效果。