正交并联六维力传感器数学模型及参数优化

针对六维力传感器实际应用中所完成的任务不同,提出一种基于工况函数模型的并联结构六维力传感器结构参数优化方法,该方法所得到的优化结果更有利于传感器的受力和测量性能。首先介绍正交并联六维力传感器结构,并进行静力平衡方程求解,然后提出了基于工况函数模型的并联结构六维力传感器参数优化方法,以测力分支量程最小为优化目标,得到满足要求的结构参数及对应的测力分支最小量程。最后对正交并联六维力传感器进行结构参数优化,来验证该优化方法的可行性。     

新型过约束正交并联六维力传感器测量模型与静态标定试验

面向航空航天领域对重载大吨位多维测力传感器的急需,通过引入冗余测力分支,提出一种适用于重载测力场合的新型过约束正交并联六维力传感器结构,在提高传感器结构刚度和承载能力的同时有效抑制了关节摩擦对多维力传感器测量精度的影响。基于螺旋理论,推导得到了该并联传感器一阶静力影响系数矩阵,建立理想状态下该新型过约束正交并联六维力传感器测量数学模型。考虑各测量分支的初始预紧力与刚度,基于传感器静力平衡方程与补充建立的位移协调方程,推导建立考虑初始预紧力与分支刚度因素下该新型过约束正交并联六维力传感器测量数学模型。在此基础上,设计并研制该新型过约束正交并联六维力传感器样机,搭建传感器加载标定与信号采集及处理试验系统,对新型过约束正交并联六维力传感器进行了加载标定试验。根据试验结果计算了传感器测量误差矩阵,分析得到了传感器测量精度,从而为重载过约束并联六维力传感器的开发与应用提供了参考。     

基于曲线拟合的正交并联六维力传感器静态标定

针对六维力传感器在本身制造、安装和工作条件等因素的影响下造成输入与输出之间并非处于理想线性关系的问题,提出一种新的基于最小二乘的曲线拟合静态标定算法,该算法得到的六维力传感器静态标定结果与以往算法相比精度更高。首先,推导正交并联六维力传感器的数学模型。然后,介绍最小二乘法以及对最小二乘拟合进行理论分析。其次,提出基于高次曲线拟合的静态标定算法,建立六维外力/力矩与分支输出电压之间映射关系的拟合多项式,并求得曲线拟合系数矩阵。最后对正交并联六维力传感器进行静态标定试验,来验证该标定算法的正确性和优越性。     

超静定六维力传感器静定测量模型及标定方法

针对一种预紧式超静定Stewart结构六维力传感器,通过综合考虑传感器的整体刚度和分支杆变形的位移协调关系,以简洁的解析表达式推导得到了包含中间预紧分支作用的广义外力与6个测量分支轴向力之间的全映射关系,建立了超静定六维力传感器的静定测量模型,并提出一种超静定六维力传感器的静定标定方法,进行了标定实验及测试研究.研究内容为解决超静定并联式结构的六维力传感器受力分析提供了新的途径,同时为超静定结构六维力传感器的标定研究奠定了理论和实验基础.     

面向任务的并联结构六维力传感器设计

目前研究并联结构六维力传感器多以各向同性作为传感器性能优劣的评价指标,而实际中,传感器是用来执行一定的任务,而这一任务并不一定需要传感器为各向同性的结构.故而,面向任务的传感器结构设计具有重要的工程实践意义.基于此,应用螺旋理论建立并联式六维力传感器的静态数学模型;基于抓取规划中作业建模思想,建立传感器的任务模型,并将任务模型分为力椭球模型和力矩椭球模型;系统深入地研究传感器模型和任务模型之间的关系.推导出传感器结构参数与任务模型之间的解析关系式,提出基于任务的传感器性能优劣评价的数学描述.以新型整体预紧式双层并联结构六维力传感器为例,针对执行插销作业和探测任务分别进行具体的传感器结构参数设计,得到了传感器结构参数与任务之间的关系式.研究内容为并联结构传感器在实际应用中的结构设计奠定了基础.     

容错并联式六维力传感器可靠性及冗余分析

针对航空航天、国防装备等领域对高可靠性六维力传感器的迫切需求,提出将容错设计思想引入六维力传感器研究。比较分析了容错并联式六维力传感器与普通Stewart平台式六维力传感器的可靠性,基于故障树分析法(FTA),建立了容错式传感器系统和普通传感器系统的可靠性数学模型,从容错并联式六维力传感器的设计角度,推导出了测量系统失效率的函数。建立了系统可靠性与传感器冗余度的函数关系,并进行了容错并联式六维力传感器冗余分析,得出测量分支数目,提出了容错六维力传感器构型,研制出了传感器样机。     

新型并联过约束六维力传感器的仿真计算

提出了一种新型过约束并联十二分支六维力传感器结构,基于螺旋理论建立了该新型过约束并联六维力传感器理想数学模型。在此基础上,考虑各分支结构弹性变形,针对垂向加载及水平加载两种典型工况,基于变形协调条件和静力平衡方程对该新型过约束超静定结构六维力传感器的受力情况进行了分析与仿真计算,绘制了数值算例下新型过约束并联六维力传感器各分支受力随外力变化的曲线图。     

预紧式并联六维力传感器容错测量机理与标定测试研究

对一种预紧式并联六维力传感器进行了容错测量原理的理论分析与标定测试研究。介绍了预紧式并联六维力传感器的结构容错特点,并基于螺旋理论和变形协调关系,分别建立传感器无故障、信号故障时的数学模型,进而揭示其容错测量机理。研究分析了预紧式并联六维力传感器的静态标定算法,提出一种容错标定方法,并对传感器进行了无故障及信号故障时单向、两方向组合及分区加载的容错静态标定测试研究。通过分析测试数据,得到传感器不同工作状态下的线性误差。研究内容为容错六维力传感器的实际应用奠定了理论和试验基础。     

并联轴直线运动直线度的检测与误差补偿

通过采用Renishaw激光干涉仪检测混联机床并联轴直线运动的直线度误差,对直线度的干涉测量原理和方法进行深入探讨,提出一种并联轴直线运动直线度的干涉测量方法和误差补偿模型的建模方法。分析干涉仪直线度评定方法和算法,做出并联轴直线运动直线度双向平均偏差特性曲线,建立直线度误差数学模型。利用最小二乘法拟合得到直线度均值误差补偿模型。对并联轴直线运动直线度进行补偿,达到了提高混联机床几何精度的目的。     

机器人示教过程中六维力传感器安装误差计算

六维力传感器在使用过程中,由于负载的连接方式、连接强度等一些因素会出现一个厂商无法在他们的生产过程中进行补偿的传感器的安装误差.针对这个传感器的安装误差,提出了一种能够有效计算该误差的方法.首先根据机器人及传感器、末端工具的连接结构进行分析,推导出传感器安装误差的计算方法,然后利用机器人进行多次测试,分析得到的数据并绘...     

六维加速度传感器的模型设计

针对现有六维加速度传感器结构复杂、量程小等缺点,设计了一种基于冗余并联机构的弱耦合六维加速度传感器,其具有结构简单、精度高、量程大、解耦快等优点.详细介绍了传感器的结构设计和解耦过程,对冗余并联机构、压电陶瓷和弹性球铰链的性能进行了分析.通过Matlab仿真验证了实时测量的可行性及精确性,为六维加速度传感器的设计提供了...     

一种无线式六维力传感器的研制

针对旋翼系统在旋转状态下的多个维度的力和力矩信息采集的应用背景,设计了一种带有数据无线发送功能的六维力传感器.建立了传感器弹性体的有限元分析模型,确定了应变片的粘贴位置.通过合理的组桥电路设计,将六个维度的力和力矩以电压信号的方式反馈出来,并设计了相应的信号处理电路使其满足A/D采集模块的范围电压.最后将整个硬件电路以...     

机械解耦自标定并联六维力传感器设计及仿真

针对传统多维力传感器研制后均需繁冗的加载标定这一现状,提出了多维力传感器“自标定”设计理念,通过钢球滚动机械解耦,设计了一种弱耦合全压向力自标定正交并联六维力传感器结构。论证了该六维力传感器的滚动解耦原理,分析了其自标定原理。基于螺旋理论建立了该六维力传感器理想数学模型,计算得到其一阶静力影响系数矩阵。考虑分支弹性变形,基于高次超静定结构力学求解原理,对该六维力传感器进行了受力分析与仿真计算,结合数值算例论证了其自标定特性,从而为该新型六维力传感器的研制奠定基础。     

平行双关节坐标测量机的测量模型及误差分析

介绍了平行双关节坐标测量机的测量原理及结构,根据Denavit-Hartenberg方法建立了测量机的理想测量模型,并通过几何作图法对该模型进行了验证。在该测量模型的基础上,运用微分方法建立了测头中心坐标与各参数之间的误差模型,并通过计算机仿真验证了该误差模型的正确性。分析结果为进一步进行误差分离、补偿、标定奠定了基础。     

正交并联模拟台误差的敏感性及分类研究

为全面考察六维正交并联模拟台可能的误差源,同时避免微分及矢量法建模存在的大量偏导计算,将机构6个支链分别等效为相应的串联机构,根据机构支链的正交特征并结合运动学影响系数的原理建立了较为完备的误差模型。模型包含了铰链点自身加工误差、安装误差,定长杆误差及驱动误差在内的144个误差源。以定义的误差敏感性系数为指标,利用数值仿真分析了所有误差源对末端精度的影响程度,并据此将误差源分为三类：非敏感误差、非完全敏感误差和完全敏感误差。最后,说明了这三类误差在运动学标定过程中与识别参数确定及测量位姿选取的关系。     

圆容栅传感器原理及其误差分析

圆容栅是在传统容栅技术基础上发展起来的新型传感器技术。圆容栅传感器是一种角行程传感器 ,与直行程容栅比较 ,不仅其测量范围增大 ,而且抗干扰能力也显著增强     

混沌野草扩展Kalman滤波器辨识六维力传感器下E膜模型参数

为解决动载环境下噪声污染导致六维力传感器测量精度急剧下降,以及扩展卡尔曼滤波器难以获得最优系统干扰矩阵的问题,提出了一种基于混沌野草算法优化的扩展卡尔曼滤波（CIWO-EKF）算法。根据挠度与应变之间的关系,构建了六维力传感器下E膜非线性模型。基于野草繁殖算法,以前6阶主振型信息构成的系统干扰阵为均值进行高斯采样,产生初始化的可行解。将混沌搜索技术与野草算法相融合,利用野草算法进行全局搜索,通过混沌序列对群体中适应度高于平均值的个体执行给定步数的局部搜索,指导种群向最优解方向逼近,避免搜索过程陷入局部最优。采用改进的野草算法对扩展Kalman滤波中的系统干扰矩阵进行优化处理。仿真实例表明,改进扩展卡尔曼滤波器在提高六维力传感器测量精度的同时,可以保持较好的稳定性和鲁棒性。