多維力傳感器可以檢測三維空間多個方向的力和力矩信息,應(yīng)用于多個領(lǐng)域。多維力傳感器按測量原理主要分為應(yīng)變式、壓電式、電容式、光電式以及壓阻式等。應(yīng)變式多維力傳感器既可測靜態(tài)力也可測動態(tài)力,具有測量范圍大、適用環(huán)境廣、使用壽命長、價格低等優(yōu)點(diǎn)。本文將對高精度、高速機(jī)器人用六維腕力傳感器和深海三維流速傳感器進(jìn)行設(shè)計(jì)研究,并主要對這兩種傳感器的彈性體進(jìn)行設(shè)計(jì)。針對高速、高精度機(jī)器人用腕力傳感器,為滿足高靈敏度、動態(tài)性能好以及無耦合輸出的要求,本文設(shè)計(jì)了一種新型六維腕力傳感器彈性體。在典型的帶浮動梁的十字梁型六維腕力傳感器彈性體的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行了設(shè)計(jì),其設(shè)計(jì)思路為:將浮動梁改為H梁,增加傳感器的剛度,提高了動態(tài)性能;在主梁上打孔,提高傳感器測量的靈敏度;主梁靠近中心臺的部分加工為平行梁,提高傳感器靈敏度;在梁上應(yīng)變最大的位置粘貼應(yīng)變片,設(shè)計(jì)全橋電路的連接方式,使其能夠?qū)崿F(xiàn)理論上的解耦。舉例說明新型傳感器在靜態(tài)和動態(tài)性能上均優(yōu)于原六維腕力傳感器。提出了應(yīng)變式六維腕力傳感器的彈性變形對機(jī)器人定位誤差有影響,基于機(jī)器人微分運(yùn)動學(xué),建立機(jī)器人位姿誤差模型,并提出了實(shí)時補(bǔ)償方法;基于有限元仿真及空間幾何知...

【文章頁數(shù)】：165 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
致謝
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 多維力/力矩傳感器的分類
        1.2.1 應(yīng)變式多維力/力矩傳感器
        1.2.2 壓電式多維力/力矩傳感器
        1.2.3 電容式多維力/力矩傳感器
        1.2.4 光電式多維力/力矩傳感器
        1.2.5 壓阻式多維力/力矩傳感器
    1.3 應(yīng)變式多維力/力矩傳感器的設(shè)計(jì)
    1.4 高速作業(yè)機(jī)器人用六維腕力/力矩傳感器
        1.4.1 研究背景及意義
        1.4.2 十字梁式六維腕力/力矩傳感器發(fā)展綜述
    1.5 可測上升流的三維流速傳感器
        1.5.1 研究背景及意義
        1.5.2 海流計(jì)發(fā)展綜述
    1.6 課題來源及主要研究內(nèi)容
第二章 高速作業(yè)機(jī)器人用腕力傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    2.1 概述
    2.2 新型六維腕力傳感器的設(shè)計(jì)思路
        2.2.1 帶浮動梁腕力傳感器
        2.2.2 新型六維腕力傳感器的設(shè)計(jì)思路
    2.3 力學(xué)分析
        2.3.1 H梁與浮動梁的對比
        2.3.2 單梁與平行梁的對比
    2.4 新型六維腕力傳感器的設(shè)計(jì)
    2.5 應(yīng)變片位置及橋路連接
        2.5.1 新型傳感器的有限元仿真
        2.5.2 貼片位置及橋路連接
    2.6 算例
    2.7 本章小結(jié)
第三章 基于應(yīng)變式六維力傳感器的機(jī)器人運(yùn)動誤差研究
    3.1 概述
    3.2 機(jī)器人運(yùn)動學(xué)基礎(chǔ)
        3.2.1 機(jī)器人的微分運(yùn)動
        3.2.2 雅克比矩陣
    3.3 機(jī)器人位姿誤差模型
    3.4 末端位姿誤差模型驗(yàn)證
        3.4.1 誤差模型的驗(yàn)證理論
        3.4.2 算例驗(yàn)證
    3.5 誤差源分析
        3.5.1 位置誤差分析
        3.5.2 舉例說明
    3.6 末端位姿誤差在線補(bǔ)償
        3.6.1 誤差在線補(bǔ)償方法
        3.6.2 在線誤差補(bǔ)償算例
    3.8 本章小結(jié)
第四章 六維腕力傳感器的優(yōu)化設(shè)計(jì)
    4.1 概述
    4.2 六維力傳感器性能評價標(biāo)準(zhǔn)
    4.3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化
        4.3.1 H梁的孔型選擇
        4.3.2 徑向梁豎孔的孔型選擇
        4.3.3 平行梁的孔型選擇
    4.4 尺寸優(yōu)化
        4.4.1 單因素分析
        4.4.2 優(yōu)化分析
    4.5 實(shí)驗(yàn)
        4.5.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)模型的參數(shù)設(shè)置
        4.5.2 實(shí)驗(yàn)方法
        4.5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
    4.6 本章小結(jié)
第五章 三維流速傳感器的測量原理
    5.1 概述
    5.2 三維流速傳感器
        5.2.1 水平流速測量裝置
        5.2.2 垂直流速測量裝置
    5.3 水平流速測量原理
        5.3.1 圓球繞流理論
        5.3.2 圓球繞流仿真計(jì)算
    5.4 垂直流速測量原理
        5.4.1 圓盤繞流升力理論
        5.4.2 平板繞流仿真
        5.4.3 圓盤繞流仿真
    5.5 三維流速傳感器整體裝置的流體仿真
    5.6 本章小結(jié)
第六章 三維流速傳感器的設(shè)計(jì)與優(yōu)化
    6.1 概述
    6.2 水平測量裝置力學(xué)分析
        6.2.1 建立模型
        6.2.2 水平測量裝置的應(yīng)變計(jì)算
        6.2.3 模型的有限元仿真分析
    6.3 實(shí)驗(yàn)
        6.3.1 應(yīng)變片貼放及電路連接
        6.3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
    6.4 十字梁的優(yōu)化、強(qiáng)度驗(yàn)證、頻率特性研究及維間耦合分析
        6.4.1 十字梁的優(yōu)化
        6.4.2 強(qiáng)度校驗(yàn)
        6.4.3 頻率特性
        6.4.4 維間耦合分析
    6.5 放大機(jī)構(gòu)原理
        6.5.1 放大機(jī)構(gòu)基本原理
        6.5.2 放大機(jī)構(gòu)的力傳遞的探索
        6.5.3 放大機(jī)構(gòu)的仿真算例
    6.6 本章小結(jié)
第七章 應(yīng)變式傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)總結(jié)
    7.1 概述
    7.2 應(yīng)變式傳感器彈性體性能
    7.3 傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)總結(jié)
        7.3.1 根據(jù)應(yīng)用環(huán)境,調(diào)整彈性體尺寸滿足性能要求
        7.3.2 調(diào)整彈性體結(jié)構(gòu),增大有效作用力
        7.3.3 采用合適的結(jié)構(gòu),對微小力放大后再測量
        7.3.4 使應(yīng)力集中于測量點(diǎn),即彈性體變形集中在測量點(diǎn)
        7.3.5 合理的質(zhì)量分布,提高固有頻率
    7.4 本章小結(jié)
第八章 總結(jié)與展望
    8.1 論文主要工作與創(chuàng)新點(diǎn)
    8.2 展望
參考文獻(xiàn)
攻讀博士學(xué)位期間的學(xué)術(shù)活動及成果情況



本文編號：3872459