壓電式六維力傳感器結(jié)構(gòu)仿真及信號處理電路設(shè)計(jì).pdf

1、在機(jī)器人傳感器中，力傳感器是最基本的一種，能夠檢測三維力和三維力矩的六維力傳感器是機(jī)器人最不可或缺的重要傳感器。雖然，對多維力傳感器的研究已有40多年的歷史，科研工作者在這方面也已經(jīng)做了大量的科研工作，但就目前的各種方法主要還是通過設(shè)計(jì)不同的彈性體和改變電阻應(yīng)變片的貼片位置等來設(shè)計(jì)多維力傳感器，由于貼片工藝和彈性體加工精度等因素的影響，制造出來的傳感器幾乎都存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工制造困難、體積大、動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性差等缺點(diǎn)。
　　為了解決目

2、前六維力傳感器的不足之處，本文研究了一種結(jié)構(gòu)簡單的直接輸出型壓電六維力傳感器，該傳感器具有體積小，質(zhì)量輕，工作可靠，固有頻率高，靈敏度和信噪比高，滯后小，且無需對輸出信號進(jìn)行解耦運(yùn)算等優(yōu)點(diǎn)。對該傳感器的研究具有十分重要的研究意義和廣闊的應(yīng)用前景。
　　本文首先介紹了壓電傳感器的工作原理，接著分析了各種壓電材料的壓電特性，選擇石英作為傳感器的轉(zhuǎn)換元件材料；根據(jù)傳感器的受力范圍，設(shè)計(jì)了石英晶片的尺寸；根據(jù)傳感器測量六維力（力矩）的需要

3、，提出了傳感器敏感元件的布局方案。整個(gè)六維力傳感器通過兩個(gè)四維力傳感器組合構(gòu)成，該結(jié)構(gòu)具有很好的對稱性，可以避免施加純力的過程中附加力矩的干擾。
　　論文運(yùn)用三維有限元理論和ANSYS軟件，針對設(shè)計(jì)的壓電式六維力傳感器，在ANSYS中建立了該傳感器的模型。并運(yùn)用ANSYS軟件對六維力傳感器進(jìn)行了靜力分析、電磁分析和模態(tài)分析。仿真結(jié)果表明，該傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，具有較好的線性度，高靈敏度，維間干擾較小，固有頻率較高等特點(diǎn)。