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1、会计学1六维力传感器的原理与设计六维力传感器的原理与设计每个力对应一个矢量每个力对应一个矢量既有大小又有方向既有大小又有方向单维力传感器单维力传感器:只有力大小已知只有力大小已知某些方面应用时需要已知更多的信息某些方面应用时需要已知更多的信息单维力传感器：两个单维力传感器：两个力看起来都是力看起来都是5N5N六维力六维力/力矩传感器力矩传感器六维力传感器六维力传感器三维空间：需要知道三维空间：需要知道每个轴上的力和力矩每个轴上的力和力矩第1页/共17页六维力传感器的结构六维力传感器的结构3竖直支承六维力传感器竖直支承六维力传感器 4竖直支承六维力传感器竖直支承六维力传感器圆筒形六维力圆筒形六维
2、力传感器传感器双环形六维力传感器双环形六维力传感器十字叉式十字叉式 六维力六维力传感器传感器8竖直支承六维力传感器竖直支承六维力传感器第2页/共17页6维力传感器的结构维力传感器的结构非径向三梁结构六维力传感器非径向三梁结构六维力传感器T型杆结构六维力传感器型杆结构六维力传感器 高等人发明的六维力传感器高等人发明的六维力传感器第3页/共17页Stewart 力传感器样机力传感器样机Dwarakanath et al.的的 六维力六维力/力矩传感器力矩传感器Nguyen et al.的的 六维力六维力/力矩传感力矩传感器器Ranganath et al.的的 六维力六维力/力矩传感器力矩传感器K
3、angKang的的 六维力六维力/力矩传感器力矩传感器第4页/共17页优点优点刚度大刚度大结构紧凑结构紧凑承载能力大承载能力大无累积误差无累积误差精度高精度高反解简单反解简单传统的传统的Stewart 力传感器力传感器第5页/共17页缺点缺点传统的传统的Stewart Stewart 力传感器力传感器关节摩擦力矩较大关节摩擦力矩较大易产生机械间隙和迟滞现象易产生机械间隙和迟滞现象很难使各预紧力一致很难使各预紧力一致传统的采用球副传统的采用球副第6页/共17页预紧式传感器的结构分析预紧式传感器的结构分析大大降低了关节摩擦力矩的影响大大降低了关节摩擦力矩的影响减小了机械滞后现象减小了机械滞后现象修
4、正后具有单一约束的球修正后具有单一约束的球副副预紧分支预紧分支第7页/共17页预紧螺母预紧螺母 有中间预紧分支的预紧式传感器有中间预紧分支的预紧式传感器上平台上平台弹性分弹性分支支预紧支路预紧支路下平台下平台第8页/共17页双层预紧式力传感器双层预紧式力传感器中间预紧分支的结构相对比较复杂中间预紧分支的结构相对比较复杂施加预紧力比较困难施加预紧力比较困难具有具有7 7分支的双层预紧式力传感器分支的双层预紧式力传感器第9页/共17页双层预紧式力传感器双层预紧式力传感器（1 1）测力平台；（）测力平台；（2 2）预紧平台；（预紧平台；（3 3）测量分支；（测量分支；（4 4）球窝；）球窝；（5 5
5、）下平台）下平台;（6 6）球窝；（球窝；（7 7）预紧螺栓；（）预紧螺栓；（8 8）基座）基座第10页/共17页8分支上下层预紧式力传分支上下层预紧式力传感器感器(1)(1)测力平台测力平台;(2)(2)预紧平台预紧平台;(3)(3)测量分支测量分支;(4)(4)球窝球窝;(5)(5)预紧螺栓预紧螺栓;(6)(6)基座基座第11页/共17页8 8分支左右预紧式力传感分支左右预紧式力传感器器(1)(1)测力平台测力平台;(2)(2)左预紧平台左预紧平台;(3)(3)测量分支测量分支;(4)(4)右预紧平台右预紧平台;(5)(5)预紧螺栓。预紧螺栓。第12页/共17页实验研究实验研究 具有中间预
6、紧分支的力传感器样机具有中间预紧分支的力传感器样机加载面加载面标准单维力传感标准单维力传感器器第13页/共17页六维力传感器的标定系统六维力传感器的标定系统 单维力传单维力传感器感器数据采集和数据采集和处理软件处理软件六维力传感六维力传感器器载荷载荷导轮导轮第14页/共17页测量误差测量误差力/力矩分量测量误差测量误差Fx0.2%Fy0.4%Fz1.3%Mx0.1%My1.1%Mz0.4%第15页/共17页六维力六维力/力矩传感器的应用力矩传感器的应用机械臂的末端感应器机械臂的末端感应器触触觉觉微力的测量微力的测量 六维力六维力/力矩传感器有着很广泛的应用，如机械装配、力矩传感器有着很广泛的应用，如机械装配、产品测试、机器人物料输送、触觉、微力测量等。产品测试、机器人物料输送、触觉、微力测量等。第16页/共17页