复合梁结构小型六维力传感器的优化设计

文中设计了一种三横梁与三竖梁复合的六维力传感器弹性体结构，使其外径缩小至40 mm,整个传感器装配完成后外径为45 mm。首先基于有限元技术分析了其在各种载荷条件下的应变分布，根据应变分布特性，设计了传感器的惠斯登电桥方案，推导了每个方向的输出电压公式。在此基础上，基于Box-Behnken响应面法开展弹性体结构的优化，以弹性体上应变片贴片位置的平均应变作为优化目标，通过多目标遗传算法得到最优设计参数，F_x、F_y、F_z、M_x、M_y、M_z 6个方向的平均应变分别是优化前的1.583 3、1.563 2、1.733 8、1.511 3、1.510 9、2.171倍。进行样机制作，完成标定实验，使用最小二乘法求得解耦矩阵，通过解耦矩阵求得传感器的Ι类误差分别为0.18%、0.42%、0.41%、0.05%、0.49%、0.6%,ΙΙ类误差最大值为1.665%,精度高，维间耦合小，验证了该结构的可行性。