并聯(lián)式壓電六維大力傳感器的研究.pdf

1、巨型重載操作裝備是制造產(chǎn)業(yè)鏈中的基礎(chǔ)裝備，體現(xiàn)國家極端制造能力和制造水平，是在極端載荷條件下作業(yè)的巨型工業(yè)機器人，可實現(xiàn)靈巧的多維力位操作。在重載操作裝備操作過程中，六維力測量以及實時力反饋是實現(xiàn)多裝備協(xié)調(diào)操作控制、力順應(yīng)控制的基礎(chǔ)。 大力測量技術(shù)是在重型裝備的需求驅(qū)動下發(fā)展起來的，通常稱承載能力在10～2000kN范圍內(nèi)的傳感器為大力傳感器，而重載操作裝備中的大力傳感器最大額定承載能力可高達100MN以上。為了實現(xiàn)力反饋控制，

2、要求六維大力測量。因此需要解決大承載能力和多維力測量之間的矛盾，本文提出對大載荷進行并聯(lián)分載的方法，并利用壓電石英作為測力敏感元件來實現(xiàn)對巨型重載操作裝備操作臂上動態(tài)六維力的測量。 首先，本文分析比較了現(xiàn)今的各種大力測量技術(shù)以及多維力測量技術(shù)，并介紹了壓電測力原理和壓電式傳感器多維力測量的方法。 其次，分析了壓電傳感器實現(xiàn)六維大力測量的并聯(lián)分載原理以及六維力測量原理。傳感器對大載荷的并聯(lián)分載原理就是利用機構(gòu)的并聯(lián)使得傳感

3、器敏感元件所受的載荷與測量裝置承受的總載荷成一定的線性比例關(guān)系。在測力平面上按照正方形均勻布置石英敏感元件，并通過實驗解耦的方法就可以得出被測六維力各分力的大小和方向。 第三，通過有限元分析以及實驗的方法，深入研究了壓電式多維力傳感器的并聯(lián)分載原理，得出各項尺寸變化以及載荷變化時對于傳感器各方向分載比的影響。通過實驗分析可知，分載實驗裝置對各向載荷都有良好的分載性能，并且輸出線性也很好，由此可知利用并聯(lián)式的分載機構(gòu)完全能夠?qū)崿F(xiàn)對