Stewart結構六維大力傳感器的研究.pdf

1、核電、造船、化工、國防等領域的大型構件精確高效制造迫切需要巨型重載操作裝備。隨著對操作能力和操作性能要求的進一步提高，要求巨型重載操作裝備具備順應控制和多自由度協(xié)調控制的能力，而狀態(tài)測量與反饋作為精確運動控制的前提，成為亟待解決的關鍵技術難題。尤其是為了避免因約束沖突造成的載荷劇增或夾持失效，要求對工件變形所造成的位移具有力順應性，因此研究極端環(huán)境下的六維大力測量及力反饋具有重要的意義。然而，目前對于100kN至100MN量級的大力只能

2、進行單維測量，現(xiàn)有的六維力傳感器僅局限于小量程力值的測量。因此，解決大承載能力和多維力測量之間的矛盾，成為實現(xiàn)六維大力測量的關鍵。 本論文結合Stewart結構力雅克比矩陣和大力并聯(lián)分載原理，提出了一種用于巨型重載操作裝備六維大力測量的新方法。在ANSYS環(huán)境下建立了Stewart結構六維大力傳感器的模型，并對其進行了結構靜力分析，得到了傳感器六個測量桿的受力情況，與分載前的理論受力值進行了比較，驗證了傳感器的分載效果。通過對傳

3、感器模型進行模態(tài)、諧響應等結構動力學分析，得到了傳感器的前六階振型和固有頻率，以及傳感器在X、Y、Z方向的諧位移情況。 論文完成了Stewart結構六維大力傳感器的結構設計、制造裝配等工作。采用六對預緊螺栓和滑塊實現(xiàn)傳感器的多點局部預緊，保證了六個測量桿的預緊力相同；上下測量桿均采用螺紋聯(lián)接，使測量桿長度可調，滿足了傳感器復雜工況的安裝要求；上下平臺與測量桿采用球頭與錐形孔聯(lián)接，保證了測量桿的二力桿性質；傳感器與機械手手臂之間采

4、用脹緊聯(lián)接套聯(lián)接，保證了大力并聯(lián)分載和力傳遞的效果。最后，在專用標定加載裝置上對研制的Stewart結構六維大力傳感器進行了靜態(tài)標定實驗，得到了傳感器的標定曲線和實驗解耦矩陣。 通過靜力分析，可知所設計的傳感器具有良好的分載效果，驗證了六維大力并聯(lián)分載測量方法的可行性；動力學分析結果表明研制的傳感器動態(tài)特性良好，滿足傳感器固有頻率大于1000Hz的設計要求；靜態(tài)標定實驗表明傳感器具有良好的測量精度。本論文的研究工作為巨型重載操作