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一種新型高精度六維力傳感器的設計與研究

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一種新型高精度六維力傳感器的設計與研究

傳統的單維力傳感器已經不能滿足現代生產和科技的需要,六維力傳感器越來越受到眾多學者的關注。

六維力傳感器能夠同時測量六個方向的力和力矩,被廣泛應用在機器人手臂,航空航天,生物醫療等領域。但是現階段研究的六維力傳感器普遍存在很多問題,高精度、高靈敏度的傳感器急需進一步研究。

本文結合理論分析、有限元模擬與模擬實驗等方法,在已有傳感器研究的基礎上,對傳感器的結構進行優化分析,提出一種新型的高精度六維力傳感器,主要研究內容包括:

1、在深入分析傳感器的各項性能,探究了傳感器性能隨傳感器幾何參數的變化規律后。提出了一種新型的復合梁式六維力傳感器結構。該傳感器結構簡單,且變形明顯,貼片位置易操作。并采用正交試驗和有限元模擬的方法確定了傳感器的尺寸參數。

2、利用abaqus分析軟件建立傳感器的模型,并對傳感器進行了靜力分析,動態分析。得到了在外力荷載作用下該傳感器的應變分布,以及傳感器前六階的固有頻率。結果表明該傳感器線性度良好。

3、基于惠斯通電橋的基本原理,確定六維力傳感器的布片。以有限元的分析結果為基礎,確定彈性體變形區域。結合傳感器結構的對稱性,對其進行合理的布片,并適當的增大輸出。在貼片上減小了六維力傳感器的維間耦合問題。

4、研制傳感器專用的標定裝置。根據傳感器的結構和外形,設計一套專用的傳感器標定裝置。根據模擬實驗的結果,對傳感器進行解耦研究。用二乘法和BP神經網絡方法計算它們之間的關系,完成傳感器的標定研究。研究表明,BP神經網絡方法具有更好的解耦效果。


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