柔性重載六維力感知機(jī)構(gòu)剛度建模方法與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、本文以面向重載應(yīng)用的柔性六維力感知機(jī)構(gòu)為研究對象，圍繞機(jī)構(gòu)的力感知特性進(jìn)行了理論、仿真與實(shí)驗(yàn)研究。系統(tǒng)地從構(gòu)型設(shè)計(jì)、剛度建模、靜力映射、性能評價(jià)、仿真優(yōu)化、樣機(jī)研制與標(biāo)定等多方面展開研究，為柔性并聯(lián)力感知機(jī)構(gòu)的剛度研究提供新的思路，對重載六維力傳感器的研制與應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)。
　　首先，基于“混合分支”設(shè)計(jì)理念，對重載應(yīng)用的柔性并聯(lián)六維力感知機(jī)構(gòu)進(jìn)行構(gòu)型設(shè)計(jì)，提出了多種不同承載分支形式的六維力感知機(jī)構(gòu)構(gòu)型?；谟邢拊抡?，對力感知

2、機(jī)構(gòu)整體剛度及其測力分支力敏感區(qū)域進(jìn)行應(yīng)力分析，總結(jié)機(jī)構(gòu)的力感知特性，為面向重載應(yīng)用的六維力感知機(jī)構(gòu)構(gòu)型優(yōu)選提供依據(jù)。
　　其次，開展面向柔性關(guān)節(jié)的混合分支柔性力感知機(jī)構(gòu)剛度建模方法研究?；诰€彈性和小變形假設(shè)理論，推導(dǎo)出雙軸直圓柔性鉸鏈柔度矩陣各元素的解析表達(dá)式?；谌嵝源?lián)支路的變形疊加原理和柔性并聯(lián)機(jī)構(gòu)的變形協(xié)調(diào)條件，建立了柔性串聯(lián)分支及柔性并聯(lián)力感知機(jī)構(gòu)的整體剛度矩陣，進(jìn)而構(gòu)建出柔性并聯(lián)力感知機(jī)構(gòu)任一關(guān)節(jié)內(nèi)力與六維外力間的

3、解析映射模型。
　　再次，基于并聯(lián)機(jī)構(gòu)的影響系數(shù)法，構(gòu)建了柔性并聯(lián)力感知機(jī)構(gòu)的靜力映射矩陣。引入加權(quán)Moore-Penrose廣義逆，求解出冗余柔性力感知機(jī)構(gòu)的靜力映射矩陣的逆矩陣，并從變性能的角度證明了該逆矩陣符合實(shí)際物理意義?；谔摴υ?，構(gòu)建柔性并聯(lián)力感知機(jī)構(gòu)的整體靜力平衡方程，通過引入二階影響系數(shù)矩陣，建立了考慮外載影響和關(guān)節(jié)變形的柔性并聯(lián)力感知機(jī)構(gòu)完整剛度矩陣。進(jìn)而，基于變形協(xié)調(diào)條件，建立了具有混合分支的柔性力感知機(jī)構(gòu)完

4、整剛度矩陣。
　　最后，對基于優(yōu)選構(gòu)型設(shè)計(jì)的重載六維力傳感器的性能進(jìn)行了研究。提出了適用于重載六維力傳感器的承載能力性能指標(biāo)，并分析了主要結(jié)構(gòu)尺寸對傳感器承載能力的影響規(guī)律。利用有限元仿真研究了傳感器力/力矩靈敏度隨主要結(jié)構(gòu)尺寸的變化規(guī)律，并以靈敏度作為優(yōu)化目標(biāo)，對傳感器進(jìn)行尺寸優(yōu)化?；谔摂M樣機(jī)技術(shù)對傳感器進(jìn)行虛擬標(biāo)定及誤差分析。最終，研制了具有混合分支的重載六維力傳感器樣機(jī)，搭建了傳感器標(biāo)定測試平臺，進(jìn)行了標(biāo)定測試和誤差分析。