Stewart结构六维力传感器力各向同性研究

对于Stewart并联结构的六维力传感器,当坐标系建立在下平台的几何中心处,根据传感器的静态数学模型,研究了力各向同性指标,得到力各向同性的具体解析表达式,同时对力各向同性进行了图谱分析,并研究了坐标系变化时力各向同性指标。     

基于Stewart结构六维大力传感器的性能分析及结构优化

针对基于Stewart结构新型六维大力传感器在结构设计时存在诸多性能指标难以均衡的问题,对传感器的结构几何参数与其性能的关系进行了分析。依据基于Stewart结构六维大力传感器的测量原理,建立了传感器测量精度与一阶静力影响系数矩阵条件数的关系模型。通过分析力及力矩一阶静力影响系数矩阵和力及力矩柔度矩阵,揭示了传感器的各向同性指标、灵敏度及其各向同性指标与其结构参数之间的相互关系。并通过图谱优化方法和遗传算法对新型六维大力传感器的结构参数进行了优化。其分析结果将为六维大力传感器的结构设计提供有效的参考。     

平板式压电六维力/力矩传感器的研制

针对弹性体式六维力/力矩传感器存在的技术瓶颈,提出了一种新型平板式压电六维力/力矩传感器。首先,介绍了传感器的结构和工作原理,提出了两种石英晶片组布置方案。然后,推导了两种布置方案的传感器的数学模型,并建立了有限元模型,仿真得到了两种结构传感器输出的电荷灵敏度、维间干扰、固有频率等重要参数,确定了石英晶片组相对合理的布置方式。最后,对传感器进行了静态和动态标定。研究结果表明:传感器结构简单合理、仿真分析方法和数学模型正确,固有频率>25kHz,使用退耦矩阵后传感器的维间干扰<3%,基本满足传感器的设计指标。     

新型并联解耦结构五维力传感器性能分析

介绍基于并联4-SPS&1-UPU结构的新型五维力/力矩传感器的结构特点,并分析计算了其力与应变之间的转换关系及其力、力矩各向同性度,为该五维力/力矩传感器的设计和使用提供了理论依据,分析计算结果表明该传感器是力与力矩解耦和力矩各向同性的.该传感器采用弹性球铰替代普通球铰,弹性虎克铰替代普通虎克铰,具有结构灵巧、工艺好等优点,可应用到机器人手指和其他使用多维力/力矩传感器的场合.     

预紧式Stewart结构六维力/力矩传感器

针对六维力/力矩传感器测量量程受限问题,提出一种具有分载测量功能的预紧式Stewart结构六维力/力矩传感器。首先,对比传统Stewart结构力/力矩传感器,阐述了预紧式六维力/力矩传感器的结构特点和测量原理。然后,完成了预紧式Stewart结构六维力/力矩传感器的结构设计。建立了传感器的有限元模型,对模型进行了模态分析,得到了传感器的前五阶固有频率和振型,并确定了传感器的工作带宽为0~204Hz。最后,研究了传感器的静态标定原理,并对传感器进行了静态标定实验,得到了传感器的标定实验解耦矩阵。实验结果表明,该预紧式Stewart结构六维力/力矩传感器的测力量程为0~3000N,测力矩量程达0~300N·m,测量精度优于实际值的7.5%。传感器能够满足空间六维力/力矩的测量,具有量程大、解耦计算简单、安装调试方便等优点。     

Stewart结构六维力传感器各向同性的解析分析与优化设计

各向同性是反映六维力传感器结构性能优劣的重要指标,各向同性性能分析是Stewart结构六维力传感器结构设计中的关键性问题。为了获得最优的各向同性性能,应用螺旋理论建立Stewart结构六维力传感器的静态数学模型,系统研究传感器的各向同性性能指标。利用数学解析的方法,对传感器的正向和逆向各向同性进行分析,推导出同时满足正向力和力矩各向同性时结构参数之间的关系表达式,证明了该类传感器不能同时满足逆向力和力矩各向同性,并得到了各向同性度性能指标之间存在的制约关系。权衡各向同性的四个性能指标,通过求解综合性能目标函数的极值,得到了综合性能指标的最优值,并推导出综合性能指标最优时结构参数之间所满足的关系表达式。研究内容为Stewart结构六维力传感器的结构性能优劣评价及结构优化设计奠定了基础。     

电容式六维力与力矩传感器数据采集系统设计

为实现电容式六维力与力矩传感器测量力与力矩信息的实时采集和显示,针对实验室自主研制的电容式六维力与力矩传感器开发了一套数据采集系统。系统以STM32F103C8T6作为主控芯片,电容信号经AD7147采集并转换为数字信号,转换结果经隔离型SPI通讯传输到主控芯片后,主控芯片通过基于Modbus协议的RS485通讯发送给上位机。上位机采用WinForm界面进行设计,能对数据进行进一步标定计算处理,并最终实现所测量力与力矩值的实时显示与保存。经过实验测试,采集系统的测量值和实际加载的力与力矩值的测量误差低于3%。该系统的采样精度高、开发成本低且上位机功能完善,为电容式六维力与力矩传感器的应用研究提供了重要的信息。     

并联结构六维力传感器性能分析与优化设计

基于螺旋理论和空间模型理论绘制了Stewart平台型六维力传感器的性能图谱,总结了结构参数对传感器各性能指标的影响规律;在此基础上对大型Stewart平台六维力传感器的结构进行了非线性单目标、多目标优化设计,为具有普通球形铰链大型Stewart平台六维力传感器的设计和优化提供了依据。     

并联结构六维力传感器性能分析与优化设计

基于螺旋理论和空间模型理论绘制了Stewart平台型六维力传感器的性能图谱,总结了结构参数对传感器各性能指标的影响规律;在此基础上对大型Stewart平台六维力传感器的结构进行了非线性单目标、多目标优化设计,为具有普通球形铰链大型Stewart平台六维力传感器的设计和优化提供了依据.     

基于Stewart平台的6维力传感器各向同性的进一步分析

基于Stewart平台的并联结构6维力传感器由其上平台半径R1、下平台半径R2、连杆长L、上平台定位角θB及下平台定位角θA等5个结构参数确定,而该传感器的各向同性只与R1、R2、L及上下平台定位角之差θAB等4个结构参数有关,与θA、θB无关,对这一重要结论进行了论证.     

新型机器人6维力／力矩传感器结构的刚度性能指标分析

提出了一种新颖的6维力/力矩传感器并联结构,应用并联机器人机构学理论求出其刚度矩阵,定义其刚度性能指标,并对其刚度性能指标进行分析计算,为该传感器的设计与应用提供理论依据。分析计算结果表明,该并联结构的6维力/力矩传感器是位移刚度和扭转刚度各项同性的,可应用到机器人手腕、手指和其它使用多维力/力矩传感器的场合。     

Stewart型六维力传感器弹性体结构的设计

对六维力/力矩传感器弹性体结构进行了分析;提出了基于Stewart平台的球铰接分体式弹性体的设计方案;根据力的叠加原理对传感器分别施加单轴力,分析得到最大受力杆;并利用Matlab软件分析计算系数转换矩阵,得到施加的力与六维力之间的转换方程;调整上下平台夹角α、β及杆长L等参数,对传感器结构参数进行优化设计,得到设计数据表;为Stewart六维力传感器结构参数的选择及优化提供了参考依据。     

基于Stewart机构的六维力/力矩传感器

基于Stewart机构的六维力/力矩传感器是一种十分优越的测力传感器,具有测力接触面大、承载能力强、量程大、测力信息丰富等优点,可被广泛应用在航空机器人、航空航天技术及宇宙空间器的对接试验、风洞试验等场合。根据以上特点,阐述Stewart机构的六维力/力矩传感器的测力原理,分析传感器的受力变形,零部件设计尺寸和理论尺寸的制造误差及安装误差对其测力精度的影响,并对其结构参数进行优化设计。提出一种标定方法,研究其标定算法。对自主研制的Stewart六维力/力矩传感器进行标定试验,得出该传感器的标定矩阵。研究结果表明,用标定矩阵代替传感器理论影响系数矩阵参与6个单向力传感器输出信号的耦合,能够有效地提高该传感器的测力精度。     

多维力/力矩传感器静态解耦的研究

多维力 /力矩传感器的静态耦合是影响其测量精度的主要因素之一。在研究基于最小二乘理论的多维力传感器静态线性解耦方法的同时 ,提出了一种基于 BP神经网络的静态非线性解耦方法。以 HIT灵巧手的微型五维指尖力 /力矩传感器为对象进行了实验 ,结果表明 ,基于神经网络的非线性解耦方法可以明显地提高传感器的测量精度     

基于数据无线传输技术的扭矩传感器系统

提出了一种扭矩传感器数据无线传输系统,介绍了硬件结构设计及软件系统工作流程.该系统解决了传统应变式传感器因现场连线众多而带来的不便,并消除了各种隐患,适合于需要利用无线数据传输的区域.通过测试表明：系统具有应用灵活可靠,抗干扰能力强等特点.     

基于FPGA的高精度扭矩传感系统设计

使用电阻式扭矩传感器与FPGA器件实现高精度扭矩传感系统设计.传感器将外界的扭矩信号转化为频率信号,频率信号的范围5～15 kHz.利用QUARTUSⅡ软件与VERILOG语言编写程序,通过FPGA芯片实现出等精度频率测量系统,并对频率信号进行采集,计算出扭矩数值,最后通过LED显示.文中给出了扭矩测量系统的原理图,并对VERIL-OG编写的等精度测量方法模块进行了仿真,并得到很好的效果.