【摘要】：本文以特殊構(gòu)型的柔性并聯(lián)多維力感知機(jī)構(gòu)為研究對(duì)象,依次開展了柔性并聯(lián)多維力感知機(jī)構(gòu)特殊構(gòu)型分析與設(shè)計(jì)、剛度與靜力學(xué)建模、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)、樣機(jī)設(shè)計(jì)、標(biāo)定實(shí)驗(yàn)等工作,豐富了柔性并聯(lián)多維力感知機(jī)構(gòu)的構(gòu)型設(shè)計(jì),為柔性并聯(lián)多維力感知機(jī)構(gòu)的實(shí)際應(yīng)用提供了新思路。首先,基于解耦特性的設(shè)計(jì)理念,對(duì)柔性并聯(lián)六維力感知機(jī)構(gòu)進(jìn)行了構(gòu)型設(shè)計(jì),創(chuàng)新出一種具有結(jié)構(gòu)解耦特性的8/4-4柔性并聯(lián)力感知機(jī)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上,以條件數(shù)作為選型指標(biāo),優(yōu)化得到了由該結(jié)構(gòu)所衍生出的各向同性構(gòu)型與近奇異構(gòu)型,并通過有限元分析,對(duì)其性能進(jìn)行了驗(yàn)證。其次,基于偽剛體模型法,結(jié)合虛功原理、變形疊加原理和變形協(xié)調(diào)條件,對(duì)柔性并聯(lián)機(jī)構(gòu)的剛度模型公式進(jìn)行了數(shù)學(xué)推導(dǎo),得到了柔性并聯(lián)力感知機(jī)構(gòu)六維剛度的數(shù)學(xué)表達(dá)式�；谒茖�(dǎo)的理論對(duì)之前得到的特殊構(gòu)型柔性六維力感知機(jī)構(gòu)進(jìn)行了剛度建模,得到了其剛度與靜力映射矩陣。對(duì)其進(jìn)行了仿真驗(yàn)證并對(duì)其誤差進(jìn)行了分析。再次,針對(duì)柔性機(jī)構(gòu)變形大的特點(diǎn),將可重構(gòu)思想與偽剛體模型法相結(jié)合,充分考慮外載影響下機(jī)構(gòu)位姿變化對(duì)剛度產(chǎn)生的影響,提出一種基于可重構(gòu)思想的剛度建模方法,通過迭代法將外載施加的過程以及機(jī)構(gòu)變形的過程連續(xù)化,通過連續(xù)化之后的重構(gòu)模型對(duì)其變形軌跡進(jìn)行模擬,分析并推導(dǎo)出柔性并聯(lián)力感知機(jī)構(gòu)剛度及靜力映射矩陣的可重構(gòu)模型。最后,基于所提出的柔性力感知機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)了一款電容式六維力傳感器。對(duì)其電容陣列與測(cè)量模型進(jìn)行了構(gòu)建與推導(dǎo),設(shè)計(jì)了基于該電容陣列的數(shù)據(jù)采集硬件系統(tǒng)。對(duì)傳感器的整體結(jié)構(gòu)及各個(gè)零部件進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)。基于最小二乘法,借助MATLAB與ANSYS,對(duì)所設(shè)計(jì)的電容式六維力傳感器進(jìn)行了虛擬標(biāo)定。
【圖文】：

圖 1-2 一種 3 自由度柔性并聯(lián)機(jī)構(gòu)化法是一種根據(jù)給定的負(fù)載情況、約束條件和性能指標(biāo)，在給進(jìn)行優(yōu)化的數(shù)學(xué)方法。由于柔性機(jī)構(gòu)一體化的特點(diǎn)，使得采用機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)成為可能。拓?fù)鋬?yōu)化常常與有限元分析聯(lián)合仿真，形式。Murphy 和 Midha[7-8]提出一種基于偽剛體模型與圖論的。Ananthasurush 等人[9-10]將以柔度作為優(yōu)化目標(biāo)的連續(xù)體結(jié)與柔性并聯(lián)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)相結(jié)合，在柔性機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，成功地柔度相聯(lián)系，為柔性機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供了新思路。Mohui Jin 偽剛體模型法、有限元分析法、拓?fù)鋬?yōu)化法相結(jié)合，綜合出一聯(lián)機(jī)構(gòu)，如圖 1-3 所示。Guo Zhan Lum[12]等提出了一種基于機(jī)構(gòu)構(gòu)型綜合方法，設(shè)計(jì)出一種 3PPR 柔性并聯(lián)機(jī)構(gòu)并對(duì)其相。

圖 1-5 垂直筋結(jié)構(gòu) 圖 1-6 十字梁結(jié)構(gòu) 圖 1-7 圓柱式結(jié)構(gòu)圖 1-8 積木式結(jié)構(gòu) 圖 1-9 平板式結(jié)構(gòu)對(duì)于多維力感知機(jī)構(gòu)的研究可追溯到上世紀(jì) 70 年代，起初，柔性力感知機(jī)構(gòu)大多作為多維力傳感器的彈性體研究。Watson 等[19]于 1975 設(shè)計(jì)了一種用于機(jī)器人腕部的三垂直筋式六維力感知機(jī)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)構(gòu)型簡(jiǎn)單，但在多維力同時(shí)加載的條件下，各方向之間的耦合誤差較大。在此基礎(chǔ)上，Kroll 等[21]于 1987 年對(duì)三垂直筋式六維力感知機(jī)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，設(shè)計(jì)出一種耦合誤差小、靈敏度高的四垂直筋式六維力感知
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TH112

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本文編號(hào)：2687947