【摘要】：隨著高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)智能化進程的加快,傳感器技術(shù)在其發(fā)展中逐漸占有越來越重要的地位。六維力傳感器作為一類能夠檢測空間全力信息的傳感器在機器人技術(shù)、生物醫(yī)療、航空航天、汽車制造等領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。論文提出了一種測量分支水平與豎直正交排布的正交并聯(lián)六維力傳感器,對其機構(gòu)理論、結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化及靜態(tài)標定實驗等做了深入的分析研究,具體研究工作有:1)提出了六分支、八分支兩種結(jié)構(gòu)的正交并聯(lián)六維力傳感器;應(yīng)用螺旋理論建立兩種六維力傳感器的數(shù)學(xué)模型;推導(dǎo)其靜力學(xué)平衡方程,并進行方程的求解,進而得到正交并聯(lián)六維力傳感器受空間六維外力向測量分支軸向力的映射關(guān)系。2)依據(jù)各向同性的概念,分析兩種結(jié)構(gòu)正交并聯(lián)六維力傳感器的結(jié)構(gòu)性能;面向六維力傳感器實際應(yīng)用中的測量需求,提出并聯(lián)六維力傳感器工況函數(shù)模型;根據(jù)工況函數(shù)模型,以測量分支量程最小為優(yōu)化目標,推導(dǎo)并聯(lián)六維力傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化方法;以六分支正交并聯(lián)六維力傳感器在衛(wèi)生陶瓷曲面打磨作業(yè)中的應(yīng)用為例,根據(jù)工況函數(shù)模型對其結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化,得到測量分支的最小量程以及對應(yīng)的傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)。3)提出一種六維力傳感器在線靜態(tài)標定加載方法;推導(dǎo)了六維力傳感器的在線靜態(tài)標定算法;基于Lab VIEW設(shè)計并開發(fā)了靜態(tài)標定軟件,可實現(xiàn)標定過程中數(shù)據(jù)的采集與最小二乘處理、六維力測量及實時顯示等功能。4)最后,研制了六分支正交并聯(lián)六維力傳感器樣機;搭建了傳感器在線靜態(tài)標定系統(tǒng),并進行靜態(tài)標定實驗,得到六分支正交并聯(lián)六維力傳感器樣機的標定矩陣,并對樣機的測量性能進行分析,得到其實際測量中的線性度矩陣。實驗結(jié)果為評價樣機測量精度提供了依據(jù)。
[Abstract]:With the acceleration of the intelligent process of high-tech industry, sensor technology gradually occupies an increasingly important position in its development. As a kind of sensor which can detect the all-out information in space, six-dimensional force sensor has been widely used in robotics, biomedicine, aerospace, automobile manufacturing and so on. In this paper, an orthogonal parallel six-axis force sensor with vertical and horizontal branches is proposed. The mechanism theory, structural parameters optimization and static calibration experiments are analyzed and studied. The specific research works are as follows: 1) six branches, eight branches and two kinds of orthogonal parallel six-axis force sensors are proposed. The mathematical models of two kinds of six-axis force sensors are established by spiral theory. The static equilibrium equation is derived, and the equation is solved, and then the mapping relation of the orthogonal parallel six-axis force sensor to the axial force of the branch measured by the spatial six-dimensional external force is obtained. 2) according to the concept of isotropy, The structural performance of two orthogonal parallel six-axis force sensors is analyzed. In order to meet the requirement of measurement in the practical application of six-axis force sensor, a model of the operating condition function of parallel six-axis force sensor is proposed. According to the working condition function model, the optimization method of the structural parameters of the parallel six-axis force sensor is derived with the minimum measuring range of the branch as the optimization objective. Taking the application of six-branch orthogonal parallel six-axis force sensor in sanitizer surface grinding as an example, the structure of the sensor is optimized according to the working condition function model. The minimum measurement range of the measuring branch and the corresponding structural parameters of the sensor are obtained. 3) an on-line static calibration loading method for a six-axis force sensor is proposed. The online static calibration algorithm of six-axis force sensor is derived. Based on Lab VIEW, the static calibration software is designed and developed, which can realize the functions of data acquisition, least square processing, six-axis force measurement and real-time display. 4) finally, a prototype of six-branch parallel six-axis force sensor is developed. The sensor on-line static calibration system is built and the calibration matrix of the six-branch parallel six-axis force sensor prototype is obtained by static calibration experiment. The measurement performance of the prototype is analyzed and the linearity matrix in the actual measurement is obtained. The experimental results provide a basis for evaluating the measuring accuracy of the prototype.
【學(xué)位授予單位】：華北理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP212

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本文編號：2377941