六维力传感器的原理与设计
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具有7分支的双层预紧式力传感器
双层预紧式力传感器
（1）测力平台；（2） 预紧平台；（3） 测量分支；（4）球窝； （5）下平台; （6） 球窝；（7）预紧螺栓；（8）基座
8分支上下层预紧式力传感器
(1) 测力平台; (2) 预紧平台; (3) 测量分支; (4) 球窝;(5) 预紧螺栓;(6) 基座
六维力传感器的原理与设计
六维力传感器
• 每个力对应一个矢量 • 既有大小又有方向 • 单维力传感器: 只有力大小已知 • 某些方面应用时需要已知更多的信息
单维力传感器：两个力 三维空间：需要知道
看起来都是5传感器的结构
3竖直支承六维力传感器 4竖直支承六维力传感器
Nguyen et al. 的 六维力/力矩传感器
传统的Stewart 力传感器
优点
刚度大 结构紧凑 承载能力大 无累积误差
精度高 反解简单
传统的Stewart 力传感器 缺点
传统的采用球副
关节摩擦力矩较大 易产生机械间隙和迟滞现象 很难使各预紧力一致
预紧式传感器的结构分析
修正后具有单一约束的球 副
Ranganath et al. 预紧式传感器的结构分析 十字叉式 六维力传感器 (2) 左预紧平台;
Nguyen et al. 某些方面应用时需要已知更多的信息 (4) 球窝;(5) 预紧螺栓;(6) 基座 非径向三梁结构六维力传感器 (2) 左预紧平台; 六维力传感器的标定系统
(1) 测力平台; (2) 左预紧平台; (3) 测量分支; (4) 右预紧平台; (5) 预紧螺栓。
圆筒形六维力 传感器
双环形六维力传感器
十字叉式 六维力 传感器
8竖直支承六维力传感器
6维力传感器的结构
非径向三梁结构六维力传感器
T型杆结构六维力传感器
高等人发明的六维力传感器
Stewart 力传感器样机
Ranganath et al. 的 六维力/力矩传感器 Kang的 六维力/力矩传感器
Dwarakanath et al. 的 六维力/力矩传感器
修正后具有单一约束的球副 中间预紧分支的结构相对比较复杂 具有7分支的双层预紧式力传感器 六维力传感器的原理与设计 具有7分支的双层预紧式力传感器 单维力传感器：两个力看起来都是5N 中间预紧分支的结构相对比较复杂 8分支左右预紧式力传感器 非径向三梁结构六维力传感器 六维力传感器的原理与设计 Nguyen et al. 六维力传感器的原理与设计 六维力传感器的原理与设计 某些方面应用时需要已知更多的信息 Kang的 六维力/力矩传感器 Ranganath et al.
预紧分支
大大降低了关节摩擦力矩的影响 减小了机械滞后现象
有中间预紧分支的预紧式传感器
预紧螺母
上平台 弹性分支 预紧支路 下平台
双层预紧式力传感器
(4) 球窝;中(5) 预间紧螺预栓;(紧6) 基分座 支的结构相对比较复杂
Stewart 力传感器样机 Ranganath et al.
Kang的 六施维力加/力预矩传紧感器力比较困难
触觉
微力的测量
六维力/力矩传感器有着很广泛的应用，如机械装配、
产品测试、机器人物料输送、触觉、微力测量等。
加载面
实验研究
标准单维力传感 器
具有中间预紧分支的力传感器样机
单维力传 感器
导轮
六维力传感 器
载荷
数据采集和 处理软件
六维力传感器的标定系统
测量误差
力/力矩分量
Fx Fy Fz Mx My Mz
测量误差
0.2% 0.4% 1.3% 0.1% 1.1% 0.4%
六维力/力矩传感器的应用
机械臂的末端感应器 88N具N修N的具高 中RKS具高大 修8六K六某修TK修高K高有8高3非单 高具具非传有8六具的预易具T六高3具具具K84具六K竖 分 竖 分 竖 分竖 分 竖型 型ataaaaagggae有正有等间有等大正维维些正正等等中等径维等有有径统中维有紧产有维等有有有有维nnnnnnuuun六 六w直支直支直支 直支直杆杆ggggggyyyg7后 7人预 中 人 降后 力 力 方 后 后 人 人 间 人 向 力人 77向 的 间 力 7式 生 7力 人 777中 力a维维eee的的的的的的a支上分分支左支分分左 分分支分分分上支结结rnnnn具发 紧间发低 具传传面具具发发预发三传 发三S预传传机传发间传t力力a承下支支承右承支支右 支支承支支支下承六六六六六六构构t力eeee有明 分预明了 有感感应有有明明紧明梁感 明梁紧感感械感明预感tttt//hw六层的力的六预六的的预 的力的六的的的层六维 维 维 维 维 维六六传aaa单的 支紧的关 单器器用单单的的分的结器 的结分器器间器的紧器ealll维预双双维紧维双双紧 双双维双双双预维矩矩...力力力力力力维维感tr一六 的分六节 一的的时一一六六支六构： 六构支的的隙的六分的ta力紧层层力式力层层式 层层力层层层紧力传传//////力力器力l力力力力力力约维 结支维摩 约原原需约约维维的维六两 维六的原结和标维支原. 传式预预传力传预预力 预预传预预预式传感感传传样传矩矩矩矩矩矩束力 构的力擦 束理理要束束力力预力维个 力维预理构迟定力的理感力紧紧感传感紧紧传 紧紧感紧紧紧力感器器感感机感传传传传传传的传 相力传力 的与与已的的传传紧传力传力紧与分滞系传力与器 传 式 式 器 感 器 式 式 感式 式 器 式 式 式 传 器器器器感感感感感感球感对传感矩球设设知球球感感式感传看感传式设析现统感传设感力力器力力器 力力力力力感器器器器器器副器 比感器的 副计计更副副器器传器感起 器感传计象器感计器传传传传传传传传传器较器影 多感器来 器感器感感感感感感感感感复样响 的器都 器样器器器器器器器器器杂机信是 机息5N
8分支左右预紧式力传感器
具有7分支的双层预紧式力传感器 3竖直支承六维力传感器 修正后具有单一约束的球副 3竖直支承六维力传感器 8竖直支承六维力传感器 （5）下平台; （6） 球窝； 8分支左右预紧式力传感器 (2) 左预紧平台; Kang的 六维力/力矩传感器 具有7分支的双层预紧式力传感器 非径向三梁结构六维力传感器 非径向三梁结构六维力传感器 8分支上下层预紧式力传感器
双层预紧式力传感器
（1）测力平台；（2） 预紧平台；（3） 测量分支；（4）球窝； （5）下平台; （6） 球窝；（7）预紧螺栓；（8）基座
8分支上下层预紧式力传感器
(1) 测力平台; (2) 预紧平台; (3) 测量分支; (4) 球窝;(5) 预紧螺栓;(6) 基座
六维力传感器的原理与设计
六维力传感器
• 每个力对应一个矢量 • 既有大小又有方向 • 单维力传感器: 只有力大小已知 • 某些方面应用时需要已知更多的信息
单维力传感器：两个力 三维空间：需要知道
看起来都是5传感器的结构
3竖直支承六维力传感器 4竖直支承六维力传感器
Nguyen et al. 的 六维力/力矩传感器
传统的Stewart 力传感器
优点
刚度大 结构紧凑 承载能力大 无累积误差
精度高 反解简单
传统的Stewart 力传感器 缺点
传统的采用球副
关节摩擦力矩较大 易产生机械间隙和迟滞现象 很难使各预紧力一致
预紧式传感器的结构分析
修正后具有单一约束的球 副
Ranganath et al. 预紧式传感器的结构分析 十字叉式 六维力传感器 (2) 左预紧平台;
Nguyen et al. 某些方面应用时需要已知更多的信息 (4) 球窝;(5) 预紧螺栓;(6) 基座 非径向三梁结构六维力传感器 (2) 左预紧平台; 六维力传感器的标定系统
(1) 测力平台; (2) 左预紧平台; (3) 测量分支; (4) 右预紧平台; (5) 预紧螺栓。
圆筒形六维力 传感器
双环形六维力传感器
十字叉式 六维力 传感器
8竖直支承六维力传感器
6维力传感器的结构
非径向三梁结构六维力传感器
T型杆结构六维力传感器
高等人发明的六维力传感器
Stewart 力传感器样机
Ranganath et al. 的 六维力/力矩传感器 Kang的 六维力/力矩传感器
Dwarakanath et al. 的 六维力/力矩传感器
修正后具有单一约束的球副 中间预紧分支的结构相对比较复杂 具有7分支的双层预紧式力传感器 六维力传感器的原理与设计 具有7分支的双层预紧式力传感器 单维力传感器：两个力看起来都是5N 中间预紧分支的结构相对比较复杂 8分支左右预紧式力传感器 非径向三梁结构六维力传感器 六维力传感器的原理与设计 Nguyen et al. 六维力传感器的原理与设计 六维力传感器的原理与设计 某些方面应用时需要已知更多的信息 Kang的 六维力/力矩传感器 Ranganath et al.
预紧分支
大大降低了关节摩擦力矩的影响 减小了机械滞后现象
有中间预紧分支的预紧式传感器
预紧螺母
上平台 弹性分支 预紧支路 下平台
双层预紧式力传感器
(4) 球窝;中(5) 预间紧螺预栓;(紧6) 基分座 支的结构相对比较复杂
Stewart 力传感器样机 Ranganath et al.
Kang的 六施维力加/力预矩传紧感器力比较困难
触觉
微力的测量
六维力/力矩传感器有着很广泛的应用，如机械装配、
产品测试、机器人物料输送、触觉、微力测量等。
加载面
实验研究
标准单维力传感 器
具有中间预紧分支的力传感器样机
单维力传 感器
导轮
六维力传感 器
载荷
数据采集和 处理软件
六维力传感器的标定系统
测量误差
力/力矩分量
Fx Fy Fz Mx My Mz
测量误差
0.2% 0.4% 1.3% 0.1% 1.1% 0.4%
六维力/力矩传感器的应用
机械臂的末端感应器 88N具N修N的具高 中RKS具高大 修8六K六某修TK修高K高有8高3非单 高具具非传有8六具的预易具T六高3具具具K84具六K竖 分 竖 分 竖 分竖 分 竖型 型ataaaaagggae有正有等间有等大正维维些正正等等中等径维等有有径统中维有紧产有维等有有有有维nnnnnnuuun六 六w直支直支直支 直支直杆杆ggggggyyyg7后 7人预 中 人 降后 力 力 方 后 后 人 人 间 人 向 力人 77向 的 间 力 7式 生 7力 人 777中 力a维维eee的的的的的的a支上分分支左支分分左 分分支分分分上支结结rnnnn具发 紧间发低 具传传面具具发发预发三传 发三S预传传机传发间传t力力a承下支支承右承支支右 支支承支支支下承六六六六六六构构t力eeee有明 分预明了 有感感应有有明明紧明梁感 明梁紧感感械感明预感tttt//hw六层的力的六预六的的预 的力的六的的的层六维 维 维 维 维 维六六传aaa单的 支紧的关 单器器用单单的的分的结器 的结分器器间器的紧器ealll维预双双维紧维双双紧 双双维双双双预维矩矩...力力力力力力维维感tr一六 的分六节 一的的时一一六六支六构： 六构支的的隙的六分的ta力紧层层力式力层层式 层层力层层层紧力传传//////力力器力l力力力力力力约维 结支维摩 约原原需约约维维的维六两 维六的原结和标维支原. 传式预预传力传预预力 预预传预预预式传感感传传样传矩矩矩矩矩矩束力 构的力擦 束理理要束束力力预力维个 力维预理构迟定力的理感力紧紧感传感紧紧传 紧紧感紧紧紧力感器器感感机感传传传传传传的传 相力传力 的与与已的的传传紧传力传力紧与分滞系传力与器 传 式 式 器 感 器 式 式 感式 式 器 式 式 式 传 器器器器感感感感感感球感对传感矩球设设知球球感感式感传看感传式设析现统感传设感力力器力力器 力力力力力感器器器器器器副器 比感器的 副计计更副副器器传器感起 器感传计象器感计器传传传传传传传传传器较器影 多感器来 器感器感感感感感感感感感复样响 的器都 器样器器器器器器器器器杂机信是 机息5N
8分支左右预紧式力传感器
具有7分支的双层预紧式力传感器 3竖直支承六维力传感器 修正后具有单一约束的球副 3竖直支承六维力传感器 8竖直支承六维力传感器 （5）下平台; （6） 球窝； 8分支左右预紧式力传感器 (2) 左预紧平台; Kang的 六维力/力矩传感器 具有7分支的双层预紧式力传感器 非径向三梁结构六维力传感器 非径向三梁结构六维力传感器 8分支上下层预紧式力传感器