Stewart型六维力传感器的静态解耦实验
基于Stewart平台的六维力／力矩传感器各向同性的解析研究
Ｋｅ ｒ ｓ ｉ ｘｓｆ ｒｅ ｔ ｒ ｕ ｅ ｓ ｒ Ｊ ｃ ｈａ ｔｉ ｙｗｏ ｄ ：ｓｘ ａ ｉ ｏ ｃ ／ｏ ｑ ｅｓｎ ｏ ； ａ ｏ ｉｎｍａ ｒｘ；ｃ ｎ ｉｉｎ ｎ ｍ ｂ ｒ ｓ ｔｏ Ｙ ｏ ｄｔ ｕ ｅ ；ｉｏ ｒ ｐ ｏ
基 于 Ｓ ｅ ａｔ平 台 的并 联结 构 六 维 力 ／ 矩 ｔｗ ｒ 力 传感器 ， 其测 力信 息 丰富 ， 能测量 空 间任 意力螺旋 （ 方 向力 和 ３ 力矩 ） ３个 个 的大 小 ， 测 试精 度 高 且 因而 近年来 在航 天器 空 间对接 仿 真 Ｊ风 洞试 验 、 、 火箭 发动机 推力 试 验 ］跑跳运 动 员起 动力 测 试 、 、 机械 手及计 算机输 出终 端绘笔 等方 面均 得 到 了
基 于 Ｓｅ ａ ｔ 台 的六 维 力／ 矩传 感 器 各 向同性 的解 析 研 究 ｔｗ ｒ 平 力
赵 克定 ． 灏 泉 ．吴盛林 ，袁立 鹏 杨
（ 尔 滨 工 业 大 学 机 电 工 程 学 院 ．黑 龙 江 暗 尔 滨 １ ０ ０ ） 哈 ５０ １
ＡＮＡＬＹＳ Ｓ ＯＦ Ｉ ＯＴＲＯＰ Ｆ ＨＥ Ｓ Ｘ— Ｉ Ｓ Ｙ ＯＲ Ｔ Ｉ ＡＸＩ ＯＲＣＥ／ ＯＲＱＵＥ ＥＮＳ ＡＳ Ｄ ＳＦ Ｔ Ｓ ＯＲ Ｂ Ｅ
ｏ Ｎ ＳＴＥ Ｗ ＡＲＴ ＰＬＡ ＴＦｏ ＲＭ ＺＨ ＡＯ ｅ ｄｉ ｇ． ＹＡ Ｎ Ｇ ａ ｕ ｎ ，Ｗ 乙 Ｓ ｎ ｉ Ｋ — ｎ Ｈ ｏｑａ ｈｅ ｇ ｌｎ，Ｙ Ｕ Ａ Ｎ ｎ Ｌｉｐｅ ｇ
（ ｏ ａ ｌ ｆ ｅ ｈ ｔｏ ｉ Ｅ ｇ ｎ ｅ ｉｇ． Ｓ ｈ ｏ ｃ ａ ｒ ｎ ｃ ｎ ｉ ｅ ｒｎ Ｈａ ｂ ｎ Ｉ ｓ ｉｕ ｅ ｏ ｃ ｎ ｌ ｇ ｏ Ｍ ｒ ｉ ｎ ｔ ｔ ｆＴｅ ｈ ｏ ｏ ｙ．Ｈａ ｂ ｎ １ ０ ０ ．Ｃｈ ｍｔ ｔ ｒ ｉ ５ ０ １ ｉ ）
基于Stewart平台的六维力传感器在风洞天平中应用
摘 要 ： 要 研 究 基 于 Ｓ ｅ ｒ 平 台 的 六 维 力 传 感 器在 风 洞 天 平 中 的 应 用 ， 其 结 构 的 优 化 设 计 。 主 ｔｗａ ｔ 及 根
据 最小 条件 数 准 则进 行运 动 学设 计 ， 据 力 变换 矩 阵 条件 数 的 各 向 同性 进 行 结构 优 化 设计 。 用数 依 并
能 天 平 是 众 多 学 者 孜 孜 以 求 的 目 标 。 １ ６ 年 ９５ Ｓ ｅ ｒ￣ 首 次 提 出 ６自 由 度 的 并 联 Ｓｅ ｒ 平 台 结 ｔｗａｔ 。 ｔｗａｔ 构 ， 独 特 的优 点 倍 受 广 大 学 者 的 青 睐 ， 并 联 各 分 其 如
ＹＡＯ 。Ｗ Ｕ Ｙｕ Ｈｏｎ ｔ ｏ ｇ—ａ ．ＺＨＡＮＧ ａ ｍｉ Ｚｈ ｏ— ｎｇ
（ 、 Ｃ ｌ ｇ ｆＭ ｅ ｈ ｎｃ ｌ ｎ ｅ ｔｉａ ｇｎ ｅ ｉｇ。Ｎａ ｊ ｇＵ ｎｖ ｒ ｉ ｆＡｅ ｏ ａ ｔｃ ｎ ｔｏ ａ ｔ ｓ． １ ｏｌ ｅ ｏ ｃ ａ ｉａ ｄ Ｅｌｃｒｃ ｌ ｅ ａ Ｅｎ ｉｅ ｒｎ ｎ ｉ ｉｅ ｓｔ ｏ ｒ ｎ ｕ ｉｓａ ｄ Ａｓｒ ｎ ｕ ｉ ｎ ｙ ｃ Ｎａ ｊ ｇ ２ ０ １ ．Ｃｈｎ ； ｎｉ １ ０ ｎ ６ ｉａ
Ｓ ｅ ｒ 平 台 的 力一 力 矩 传 感 器 的 设 计 和 优 化 ， ｔｗａｔ 包
括 运 动 学 设 计 ， 变 换 矩 阵 导 出 最 小 条 件 数 ， 依 据 由 并
不 断地 推 陈 出新 ， 性 能 的 优 劣对 风 洞 实 验结 果 的 其 可靠 性有 重要 的影 响 Ｌ 。 】 因此 ， 制和 开发 新型 高性 ］ 研
ｔ ｅ ｃ ｎ ｉ ｏ ｕ ｂ ｒ ｏ ｏ ｃ ｒ ｎ ｆ ｒ ｔ ｎ ｍａ ｒｘ ｈ ｏ ｄ ｔ ｎ ｎ ｍ ｅ ｆｆ ｒ ｅ ｔ ａ ｓ ｏ ｍａ ｉ ｔ ｉ ．Ｂｅ ｉ ｅ 。ｎ ｍ ｅ ｉａ ｘ ｍｐ ｅ ｒ ｒ ｖ ｄ ｄ ｔ ｉ ｏ ｓ ｄ ｓ ｕ ｒｃ ｌ ａ ｌ ｓａ ｅ ｐ ｏ ｉ ｅ ｏ ｅ
新型过约束正交并联六维力传感器测量模型与静态标定试验
摘要：面向航空航天领域对重载大吨位多维测力传感器的急需，通过引入冗余测力分支，提出一种适用于重载测力场合的新 型过约束正交并联六维力传感器结构， 在提高传感器结构刚度和承载能力的同时有效抑制了关节摩擦对多维力传感器测量精 度的影响。基于螺旋理论，推导得到了该并联传感器一阶静力影响系数矩阵，建立理想状态下该新型过约束正交并联六维力 传感器测量数学模型。考虑各测量分支的初始预紧力与刚度，基于传感器静力平衡方程与补充建立的位移协调方程，推导建 立考虑初始预紧力与分支刚度因素下该新型过约束正交并联六维力传感器测量数学模型。在此基础上，设计并研制该新型过 约束正交并联六维力传感器样机，搭建传感器加载标定与信号采集及处理试验系统，对新型过约束正交并联六维力传感器进 行了加载标定试验。根据试验结果计算了传感器测量误差矩阵，分析得到了传感器测量精度，从而为重载过约束并联六维力 传感器的开发与应用提供了参考。 关键词：六维力传感器；正交并联；过约束；重载；标定试验 中图分类号：TP212
[7-9]
将柔性铰代替球铰链应用于 研制了一种整体预紧式及
并联机构，使得 Stewart 结构多维力传感器微型化 成为可能。侯雨雷等
[10-13]
双层预紧式六维力传感器，在此基础上开展了冗余 六维力传感器超静定力映射关系及容错性能研究。 刘芳华等 贾振元等
[14]
研制了一种柔性新型并联六维力传感 研制了一种 3-RPS 并联结构传感器。
(1. Hebei Provincial Key Laboratory of Parallel Robot and Mechatronic System, Yanshan University, Qinhuangdao 066004; 2. Key Laboratory of Advanced Forging & Stamping Technology and Science(Yanshan University), Ministry of Education of China, Qinhuangdao 066004)
基于Stewart结构六维大力传感器的性能分析及结构优化
参数与其性 能的关系进行 了分析 。依据基 于 Ｓｅ ｒ结构六维大力传感器 的测量 原理，建立 了传感器测量精度与一阶静力影 ｔ ｔ ｗａ 响系数矩阵条件数的关系模型 。 通过 分析 力及 力矩 一阶静力影响系数矩阵和力及力矩柔度矩 阵，揭示 了传感器的各 向同性指 标、 灵敏度及其各 向同性指标与其结构参数之 间的相互关系 。 并通过 图谱优化方法和遗传算 法对 新型六维大力传感器的结构
贾振元 ，褚 宏 飞 ，刘 巍 ，林 盛 ，卢 晓红
大连 １６ ２ ） ０ ４ １ （ 连 理 工大 学精 密 与特 种 加 工 教 育 部 重 点实 验 室 大
摘
要 ：针 对 基 于 Ｓｅ ａｔ 构 新 型六 维大 力传 感器 在 结 构 设 计 时 存 在 诸 多性 能指 标 难 以 均 衡 的 问题 ，对 传 感 器 的结 构 几 何 ｔｗ ｒ结
ａ ｌ ｘ ｂ ｌｔ ａｒｘ ｏ ｈ ｏ ｃ ｎｄ ｍ ｏ ｅ ｔ ｔ ｅ ｉｏ ｒ ｐ ｅ ｏ ｍ ａ ｃ ｎｄ ｃ ｓａ ｄ ｔ ｅ ｓ ｎｓｔｖ ｔ ｆｔ ｅ ｓ ｎ ｏ ｎｄ ｆｅ ｉ ｉｉｙ ｍ ｔｉ ｆｔ ｅ ｆ ｒ ｅ ａ ｍ ｎ ， ｈ ｓ ｔｏ ｙ ｐ ｒ ｒ ｎ ｅ ｉ ｉ ｅ ｎ ｈ ｅ ｉｉ ｉｙ ｏ ｈ ｅ ｓ ｒ ｆ ａ ｅｏ ａｎｅ ｔ ｅｒ ｌ ｔ ｓ ｉ ｔ ｅ ｎ ｔ ｓ ｔｏ ｙ ｐ ｒｏ ａ ｅ ｉ ｄ ｃ ｓａ ｈ ｔ ｃ ｕ ｅｐａ ａ ｅ ｅ ｓｏ ｅｓ ｎ ｏ ｒ ｂｔｉ ｄ， ｈ ｅ ａｉ ｏｎ ｈ ｐ ｂｅｗ ｅ ｈｅｉｏ ｒ ｐ ｅ ｆ ｒ ｎｃ ｎ ｉ ｅ ｎｄ ｔ ｅ ｓｒ ｔ ｒ ｒ ｍ ｔ ｒ ｆｔ ｅ ｓ ｒ ｍ ｕ ｈ
Ｐｅ ｆ ｒ ａ ｃ ｎａ ｙ ｉ ｎ ｓｒ ｔ ｅｏ ｉ ｉａ ｉ ｎ ｏ ｉ － ｘｉ ａ ｙ ｒ ｏ ｍ ｎ ｅａ ｌ ｓｓａ ｄ ｔ ｕｃ ｕｒ ｐｔｍ ｚ ｔｏ ｆｓｘ ａ ｓｈｅ ｖ ｆ ｃ ｅ ｏ ｓ ｄ ｅ ｒ ａ ｆ ｒ ｏｒ ｅｓ ｎｓ ｒｂａ ｅ ｏｎ Ｓｔ ｗａ ｔｐｌ ｔｏ ｍ
六维力传感器的解耦标定算法
六维力传感器的解耦标定算法
六维力传感器的解耦标定算法是用于将传感器测量的力和力矩分解为六个独立的力和力矩分量的过程。
以下是一种常见的六维力传感器解耦标定算法：
1. 收集标定数据：使用已知大小和方向的力和力矩施加在传感器上，记录传感器输出的原始数据。
这些数据将用于后续的解耦标定算法。
2. 确定传感器的灵敏度矩阵：将传感器输出的原始数据与施加的已知力和力矩进行线性回归，得到传感器的灵敏度矩阵。
该矩阵描述了传感器输出与施加的力和力矩之间的关系。
3. 解耦标定算法：利用灵敏度矩阵对传感器输出进行解耦，将其分解为六个独立的力和力矩分量。
解耦的方法可以是将灵敏度矩阵进行逆运算，或使用其他解耦算法，如主成分分析（PCA）等。
4. 验证解耦结果：使用已知大小和方向的力和力矩施加在传感器上，将解耦后的力和力矩分量与已知值进行比较，验证解耦结果的准确性。
5. 修正灵敏度矩阵：根据验证结果，进行必要的调整和修正，以提高解耦结果的准确性。
6. 重复步骤3至步骤5，直到达到满意的解耦精度。
需要注意的是，六维力传感器的解耦标定算法可能因传感器的设计
和特性而有所不同。
上述算法仅为一种常见的解耦标定算法，并不能适用于所有情况。
在实际应用中，建议参考传感器厂商提供的文档和指导，或与专业的传感器标定服务提供商合作，以获取更准确的解耦标定算法。
Stewart六维力传感器优化设计
０ 引 言
杆件 只承受沿 轴线 方 向的拉 力／ 压力（ 在 不考 虑重 力和 各 球面副摩 擦力 矩 的情 况下 ） ， 从而 可通过 检测 ６个 弹性 杆 件的变形 实现对空间载荷测量。传感 器上下平 台的几何 中
（ 陕 西 电器 研 究 所 ， 陕西 西安 ７ １ ０ ０ ７ ５ ）
摘
要 ：对 Ｓ ｔ ｅ ｗ ａ ｔ六维力传感器进行 了优化设计分析 ， ｒ 在有限元分析的基础上 ， 通 过球头球 窝结构 、 十字
槽结 构以及圆环内嵌十字梁结构 等形 式 ， 增强 了传感器整体 的抗耦能力 。同时 ， 对优化前 后的传感 器进行
ｓ ｔ ｕｃ ｒ ｔ ｕ ｒ ｅ ． ａ ｎ ｔ ｉ ｃ ｏ ｕ ｐ ｌ ｉ ｎ ｇ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ ｉ ｓ ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｎ ｅ ｄ ． Ａｔ ｔ ｈ ｅ ｓ ａ ｍｅ ｔ ｉ ｍｅ， ｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｃ ｏ ｍｐ ａ ｒ ｉ ｓ ｏ ｎ ｉ ｓ ｃ ａ ｒ ｒ ｉ ｅ ｄ ｏ ｕ ｔ ｏ ｎ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｎ ｏ ｎ — ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ｅ ｄ ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ ． Ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ ｍａ ｘ ｉ ｍｕ ｍ ｅ ｒ ｒ ｏ ｒ ｉ Ｓ ｒ ｅ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ｆ ｒ ｏ ｍ ３ ． ２ ８％ ｔ ｏ ０ ． ４ １％ ｗｉ ｔ ｈ ｏ ｎ ｅ
Stewart结构论文：Stewart结构六维大力传感器单力源标定台
Stewart结构论文：大载荷六维力传感器及其标定技术研究【中文摘要】巨型重载操作装备在极端条件下的大型复杂构件制造中起到非常重要的作用,是制造产业链中的基础装备。
重载操作装备具有惯性大、自由度多、载荷大等特点。
然而,目前我国在多自由度操作装备方面的研究还有待加强。
为了防止由于载荷突变造成损失,必须研究极端载荷下重载操作装备的运动特性,并保证其末端执行机构应具有力适应性和位置适应性。
因此研究实时六维力反馈的六维大力传感器具有非常重要的意义。
本文针对六维大力传感器多维与大力之间的矛盾,基于Stewart结构六维力传感器的测量原理和大力测量分载原理,结合传感器各向同性和灵敏度性能指标随各结构参数的变化规律,解决了传感器装配中的难点,设计和制造了基于Stewart结构最大量程为200KN的六维大力传感器。
针对传感器标定过程中同样存在的六维与大力之间的矛盾,设计了单力源六维大力标定装置。
该标定装置采用三梁四柱式结构,用驱动电机进行驱动,将同步带设置在高速级进行适当减速,然后再用齿轮组进行减速,最后带动丝杠进行活动横梁的上下移动。
通过活动横梁上的标准力传感器,选择相应的输出设备对六维大力传感器进行标定。
通过有限元分析验证了标定台的可行性,最后搭建了最大量程200KN,操作空间为7...【英文摘要】Huge manufacturing equipments, such as large metal processing machinery and heavy equipment operators, play an important role in large complex parts manufacturing in harshenvironment. But heavy equipment operators with multi degreesof freedom still need to be strengthened in our country. Heavy equipment operators, which are characterized by large inertia, multi degrees of freedom and heavy loads, require that its terminus executive arms be compliance with force and displacement. Hence, researches on devel...【关键词】Stewart结构六维大力传感器单力源标定台【英文关键词】Stewart structure six-axis heavy forcemeasurement sensor single source force calibration machine 【索购全文】联系Q1：138113721 Q2：139938848同时提供论文写作一对一辅导和论文发表服务.保过包发【目录】大载荷六维力传感器及其标定技术研究摘要4-5Abstract5-6 1 绪论9-18 1.1 选题的科学依据9-10 1.1.1 课题的提出9-10 1.1.2 课题的来源10 1.2 六维力传感器的发展状况10-13 1.3 大力传感器的研究现状13-14 1.4 六维力标定装置的研究现状14-16 1.5 论文的主要研究内容16-18 2 六维大力传感器的设计与制造18-33 2.1 六维大力分载测量原理18-24 2.1.1 大力分载测量的原理18-19 2.1.2 基于Stewart结构六维大力传感器分载测量原理19-21 2.1.3 Stewart结构受力与六杆力关系21-22 2.1.4 承载梁受力与六杆力关系22-24 2.2 六维大力分载比24-26 2.3 六维大力传感器的设计26-33 2.3.1 传感器紧固结构研究27 2.3.2 测量杆及其预紧27-29 2.3.3 上下平台的设计29-30 2.3.4 承载梁30-33 3 六维大力传感器标定装置的研究33-57 3.1 六维大载荷力传感器标定方式的设计33-37 3.1.1 转接板的设计34-35 3.1.2 直角弯板的设计与校验35-36 3.1.3 导轨的设计36-37 3.2 传感器力源结构设计37-39 3.3 整体传动机构设计39-40 3.3.1 计算传动系统的总传动比和分配各级传动比39 3.3.2 同步带与齿轮组传动比的分配39-40 3.4 机械传动系统运动和动力参数40-41 3.5 传动机构主要零件的选型41-44 3.5.1 同步带传动的设计41-42 3.5.2 齿轮传动设计42-43 3.5.3 滚珠丝杠传动的设计43 3.5.4 离合器的选型43-44 3.6 六维标定装置各轴的设计与固定44-45 3.7 丝杠固定方式的设计45 3.7.1 支撑形式的选择45 3.7.2 轴承的选择45 3.8 整体框架45-53 3.8.1 活动横梁47-48 3.8.2 整体机架48-49 3.8.3 底座49-53 3.9 传感器的选型53-54 3.10 操作系统54-55 3.11 输出设备55-57 4 基于Stewart结构六维大力传感器实验研究57-65 4.1 200kN量程六维大力传感器的标定57-59 4.2 静态标定实验59-61 4.3 六维力传感器静态性能指标61-65结论65-66参考文献66-69攻读硕士学位期间发表学术论文情况69-70致谢70-71。
基于Stewart平台的超静定六维力传感器数值仿真研究的开题报告
基于Stewart平台的超静定六维力传感器数值仿真研究的开题报告一、选题背景与意义随着机器人技术的不断发展，机器人在工业自动化、医疗护理、服务机器人等领域的应用越来越广泛。
机器人需要通过各种传感器获取外部环境的信息，从而实现任务的完成。
其中，力传感器在机器人控制中扮演着至关重要的角色。
Stewart平台是一种能够实现六自由度运动的平台，广泛应用于飞行模拟器、运动模拟器、医疗康复训练等领域。
基于Stewart平台的六维力传感器是为了获取平台受力情况而设计的传感器，其精度和稳定性对于机器人的运动控制和力控制至关重要。
本文将以基于Stewart平台的六维力传感器数值仿真研究为主题，通过对该传感器的力学特性进行分析和研究，为机器人控制中力控制的实现提供理论依据和实验研究基础。
二、研究内容1. 确定研究对象：基于Stewart平台的六维力传感器。
2. 探究研究对象的力学特性，包括变形、刚度、灵敏度等。
3. 建立数值仿真模型，对传感器的力学特性进行数值模拟研究。
4. 分析传感器数值仿真的结果，得出结论和改进方向。
三、研究方法本文主要采用以下方法：1. 研究文献法：通过查阅相关文献，了解Stewart平台的六维力传感器的研究现状、基本原理和技术手段。
2. 数值仿真法：通过ANSYS等有限元软件，建立传感器的数值仿真模型，对传感器的力学特性进行数值模拟研究。
3. 实验比较法：通过实验验证数值仿真的结果。
四、预期结果1、明确Stewart平台的六维力传感器的力学特性；2、分析传感器的力学特性对机器人运动和力控制的影响；3、验证数值模拟在分析传感器力学特性上的可行性和准确性。
五、研究进度安排1. 第一阶段（1-2周）：确定研究对象，收集、阅读相关文献，了解基本原理和理论知识。
2. 第二阶段（3-4周）：建立基于ANSYS的数值仿真模型，通过数值仿真研究传感器的力学特性。
3. 第三阶段（4-5周）：分析数值仿真结果，得出相应的结论和改进方向。
基于Stewart机构的六维力传感器解耦算法研究
基于Stewart机构的六维力传感器解耦算法研究作者：盖广洪高波来源：《现代电子技术》2013年第19期摘要：解耦算法的改进是提高六维力传感器计算精度的一个重要方面，在线性标定静态解耦算法的基础上，提出了均值标定矩阵算法，并且制定了该算法优劣的评价标准，即精度检验法和最小条件数法，通过对实际传感器数据的处理，表明该算法得到的标定矩阵其条件数最小，并且计算精度高，可以达到0.5%的水平。
关键词：六维力传感器；均值标定矩阵；静态解耦；条件数中图分类号： TN911.7⁃34； TP212 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2013）19⁃0145⁃030 概述传感器的结构设计是多维力传感器研究中的关键问题，国内外学者提出并研究了多种多维力传感器的结构，如：三垂直筋结构、八垂直筋结构、十字梁结构、筒形结构和非径向三梁结构等。
Stewart平台具有刚度高、对称性好、结构紧凑以及解耦特性好等优点，特别适合作为六维力传感器力敏元件结构[1⁃3]。
本文研究的传感器是一种带有柔性铰链的Stewart 型六维力传感器，研究这种传感器的静态解耦算法[4⁃5]，为其实用及产业化奠定重要的实验基础。
该种传感器不仅在机器人领域具有广阔的应用前景，而且在风洞测力试验、火箭发动机推力测试及医疗等方面有着广泛的应用。
1 传感器原理和设计及标定系统1.1 传感器的原理六维力传感器的测力原理为：通过对Stewart平台6个传感器的检测，再通过标定矩阵解耦合，从而得到六维力的输出。
如图1所示，传感器采用对称布置，主要有5个结构参数：上平台半径[R1，]上平台定位角[θ1，]下平台半径[R2，]下平台定位角[θ2]及平台高度[h。
]传感器的性能指标则由该传感器4个相互独立的结构尺寸决定：上下平台半径[R1，R2，]平台高度[h]及上下平台定位角之差[θAB。
]根据螺旋理论，对上平台列出平衡方程：[i=16Fi×Si=F+T] （1）式中：[Fi]为第[i]个传感器受到的轴向力；[Si]为第[i]个传感器的轴线对固定坐标系的单位矢量；[F，T]为作用在上平台坐标中心的力和力矩。
六维力传感器的原理与设计说明书
3竖直支承六维力传感器 4竖直支承六维力传感器
圆筒形式 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
产品测试、机器人物料输送、触觉、微力测量等。
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2019
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Dwarakanath et al. 的 六维力/力矩传感器
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
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
8分支左右预紧式力传感器
(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。
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
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案例：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
Stewart结构六维力传感器力矩各向同性研究
Stewart结构六维力传感器力矩各向同性研究
张晓辉;高峰
【期刊名称】《计量学报》
【年(卷),期】2005(026)001
【摘要】对于Stewart并联结构的六维力传感器,应用并联机器人机构学理论,根据传感器的静态数学模型,研究当坐标系建立在下平台的几何中心处时,传感器的力矩各向同性指标.利用空间模型理论对力矩各向同性进行了图谱分析,并研究了坐标系变化时的力矩各向同性指标,以此作为该传感器的结构优化设计和应用的理论依据.【总页数】5页(P30-33,52)
【作者】张晓辉;高峰
【作者单位】燕山大学电气工程学院,河北,秦皇岛,066004;河北工业大学机械学院,天津,300130
【正文语种】中文
【中图分类】TB931
【相关文献】
1.基于Stewart平台的六维力/力矩传感器各向同性的解析研究 [J], 赵克定;杨灏泉;吴盛林;袁立鹏
2.基于灵敏度指标的Stewart型六维力传感器结构参数设计 [J], 张景柱;徐诚;郭凯
3.基于各向同性的Stewart型六维力传感器的优化设计 [J], 张韬;肖心怡;杨德华;吴常铖
4.Stewart结构六维力传感器各向同性的解析分析与优化设计 [J], 姚建涛;侯雨雷;
毛海峡;赵永生
5.Stewart结构六维力传感器力各向同性研究 [J], 张晓辉;高峰;贺永生
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Stewart六维力传感器解耦算法优化
Stewart六维力传感器解耦算法优化刘晓宇;盖广洪【摘要】为满足六维力传感器的高刚度要求,使用固支约束代替铰约束.通过对传感器样机单维加载获得的标定数据进行处理,发现在使用求解标定矩阵或BP神经网络训练的方法时,分别存在维间耦合较大和多维加载误差极大的问题.对此提出一种新的思路,即在标定时同时进行单维加载和多维加载.之后使用上述两种方法进行解耦,对比发现,对新的方法,在使用BP神经网络解耦时,将最大误差降低到了2.27％,证明该方法能够同时解决六维力传感器的维间耦合问题和多维加载问题.【期刊名称】《传感技术学报》【年(卷),期】2018(031)012【总页数】5页(P1858-1861,1868)【关键词】六维力传感器;静态解耦;多维加载;维间耦合【作者】刘晓宇;盖广洪【作者单位】陕西电器研究所,西安710025;陕西电器研究所,西安710025【正文语种】中文【中图分类】TP212.12Stewart结构具有刚度高、对称性好、结构紧凑以及解耦特性好等优点,特别适合作为六维力传感器力敏元件结构[1]。
理想的六维力传感器在输入单维的力/力矩时,输出的应当只有该方向的力/力矩。
然而由于结构设计、加工精度等问题,必然会导致其他方向也有力的输出,即产生维间耦合。
为降低维间耦合,一方面会引入关节轴承、万向节、球铰链、柔性结构等释放多余耦合力[2];另一方面使用求解标定矩阵[3-5]和BP神经网络训练[6-9]两种算法进行解耦。
由于实际工程中传感器须达到极大的刚度,需将弹性杆件固定约束,导致该传感器输入输出无法满足线性关系,因而传统的使用单维加载数据进行解耦[10-12]及个别文章提及的有关二维加载[13]方法均无法在该情况下使用。
本文在此基础上进行了解耦算法的比较与优化设计,以使得该传感器的精度能够达到要求。
1 Stewart传感器测量原理图1 传感器结构示意图如图1所示的Stewart六维力传感器,其包含上平台、下平台和6个弹性分支杆件。
基于Stewart平台六维力传感器的分区静态标定方法
基于Stewart平台六维力传感器的分区静态标定方法李海滨;隋春平;王洪光;高理富;赵明扬;龚海里【期刊名称】《传感技术学报》【年(卷),期】2006(19)1【摘要】基于Stewart平台的六维力传感器具有结构紧凑、刚度大、量程宽等特点,它在工业机器人、空间站对接等领域具有广泛的应用前景.好的标定方法是正确使用传感器的基础.由于基于Stewart平台的六维力传感器是一个复杂的非线性系统,所以采用常规的线性标定方法必将带来较大的标定误差从而影响其使用性能.标定的实质是,由测量值空间到理论值空间的映射函数的确定过程.由函数逼近理论可知,当只在已知点集上给出函数值时,可用多项式或分段多项式等较简单函数逼近待定函数.基于上述思想,本文将整个测量空间划分为若干连续的子测量空间,再对每个子空间进行线性标定,从而提高了整个测量系统的标定精度.实验分析结果表明了该标定方法有效.【总页数】5页(P132-136)【作者】李海滨;隋春平;王洪光;高理富;赵明扬;龚海里【作者单位】中科院沈阳自动化研究所机器人重点实验室,沈阳,110016;中科院沈阳自动化研究所机器人重点实验室,沈阳,110016;中科院沈阳自动化研究所机器人重点实验室,沈阳,110016;中科院沈阳自动化研究所机器人重点实验室,沈阳,110016;中科院沈阳自动化研究所机器人重点实验室,沈阳,110016;中科院沈阳自动化研究所机器人重点实验室,沈阳,110016【正文语种】中文【中图分类】TP212;O348【相关文献】1.基于神经网络的六维力传感器静态标定方法研究 [J], 李海滨;段志信;高理富;康补晓2.基于步行器行走的上肢六维力传感器静态标定技术 [J], 胡霞;明东3.基于步行器行走的上肢六维力传感器静态标定研究 [J], 胡霞4.六维力传感器静态解耦算法及静态标定的研究 [J], 武秀秀;宋爱国;王政5.基于坐标变换的六维力传感器静态标定方法 [J], 李海滨;段志信;周佳龙因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
机械解耦自标定并联六维力传感器设计及仿真
机械解耦自标定并联六维力传感器设计及仿真赵延治;焦雷浩;牛智;鲁超;赵铁石【摘要】针对传统多维力传感器研制后均需繁冗的加载标定这一现状,提出了多维力传感器“自标定”设计理念,通过钢球滚动机械解耦,设计了一种弱耦合全压向力自标定正交并联六维力传感器结构.论证了该六维力传感器的滚动解耦原理,分析了其自标定原理.基于螺旋理论建立了该六维力传感器理想数学模型,计算得到其一阶静力影响系数矩阵.考虑分支弹性变形,基于高次超静定结构力学求解原理,对该六维力传感器进行了受力分析与仿真计算,结合数值算例论证了其自标定特性,从而为该新型六维力传感器的研制奠定基础.%To avoide the present situations of the heavy loading calibration of traditional multi-dimensional force sensors,a self-calibration design concept of multi-dimensional force sensors was proposed,the weak coupling full thrust force self-calibration orthogonal parallel six dimensional force sensor structure was design which might realize mechanical decoupling by the rolling of the steel balls.The rolling decoupling principles of the six dimensional force sensors were demonstrated,and then the self-calibration principles of the six dimensional force sensors were demonstrated.An ideal mathematical model of the six dimensional force sensors was established based on the screw theory,and the first order static influence coefficient matrix was obtained.The force analysis and simulation of the six dimensional force sensor were carried out with considering the elastic deformations based on the mechanics solution principles of high-order statically indeterminate structure,and the self-calibration characteristics were proved by combiningthe numerical examples,which sets the development foundation of the novel six dimensional force sensors.【期刊名称】《中国机械工程》【年(卷),期】2017(028)007【总页数】8页(P771-778)【关键词】六维力传感器;正交并联;机械解耦;自标定【作者】赵延治;焦雷浩;牛智;鲁超;赵铁石【作者单位】燕山大学河北省并联机器人与机电系统实验室,秦皇岛,河北,066004;先进锻压成形技术与科学教育部重点实验室(燕山大学),秦皇岛,河北,066004;燕山大学河北省并联机器人与机电系统实验室,秦皇岛,河北,066004;先进锻压成形技术与科学教育部重点实验室(燕山大学),秦皇岛,河北,066004;燕山大学河北省并联机器人与机电系统实验室,秦皇岛,河北,066004;先进锻压成形技术与科学教育部重点实验室(燕山大学),秦皇岛,河北,066004;燕山大学河北省并联机器人与机电系统实验室,秦皇岛,河北,066004;先进锻压成形技术与科学教育部重点实验室(燕山大学),秦皇岛,河北,066004;燕山大学河北省并联机器人与机电系统实验室,秦皇岛,河北,066004;先进锻压成形技术与科学教育部重点实验室(燕山大学),秦皇岛,河北,066004【正文语种】中文【中图分类】TH112多维力传感器因其能够测量空间多维力信息，在机械加工、汽车制造、智能化机器人以及航空航天等领域有着重要的应用价值[1]。
基于Stewart平台的力检测方法
基于 Stewart 平台的力检测方法摘要本文介绍了一个六维力/力矩传感器的构造和工作原理。
描述了基于铰接式Stewart平台设计传感器结构的方法。
详细介绍了连接上下平台的六根连杆与外力之间的关系，将力敏感元件粘贴在六根连杆上，通过感受平台变形来检测六维力与力矩。
关键词：Stewart平台力敏感元件平台变形1 Stewart平台设计要求Stewart平台又为并联机构，与串联机构相比没有了驱动器累积误差。
其精度高，驱动器可以放在基座上，减少了末端部件质量、惯性，动态性能好。
越来越多的研究人员将其应用于微创手术机器人。
手术器械在人体内主要进行缝合打结、组织触摸、钝性分离等工作[1]。
综合腔镜手术机器人的工作环境以及相应的技术操作，设计的微型力和力矩传感器要满足以下要求：（1）测量范围与精度：传感器在x,y,z方向上的力和力矩监测范围要达到10N和150N·mm，精度要达到0.3N和3N·mm（2）灵敏度：设计的传感器的精度、带宽等指标也要满足要求。
（3）尺寸：尺寸要足够小，外径要在10mm以内.（4）生物兼容性：由于传感器要进入患者体内，因此应该选择生物兼容性较强的材料进行设计。
2 Stewart平台配置基于Stewart平台的力/力矩传感器非常适合这一应用。
优点包括高刚度、适应性强、环形形状和可伸缩性。
此外，只需要线性力变换器，可以放置在腕部和夹钳之间，使用应变计来测量力的大小。
Stewart平台配置由一个相当于具有六个单轴双向力传感器的网状系统的结构组成。
每个力传感器通过两个铰链独立连接到两个平台，由此产生的铰接系统保证了高刚度，并可以为三个坐标轴的载荷提供不同的测量范围。
选用的六个力变换器的布置方式如图1所示，连接上平台和连杆的柔性铰链的形心以点1’2’3’4’5’6’来表示，连接下平台和连杆的铰链形心用1”2”3”4”5”6”来表示，六根连杆和柔性铰链将Stewart平台的上下平面连接起来并使两个平面保持平行，轴线O’O”作为两个平台圆周的中心，其中为连杆与Σ”之间的夹角，2是3’’O’’4’’夹角，即传感器链接下平台的铰链中心与传感器中心轴构成的角度。
Stewart结构六维大力传感器的研究的开题报告
Stewart结构六维大力传感器的研究的开题报告题目：Stewart结构六维大力传感器的研究一、研究背景机器人、航天与武器装备中需要大力传感器对机器人力学手臂、空间机构以及车辆、航空航天设备等重要装备的力矩、力量及其方向数据进行实时监测分析，为闭环控制系统提供必要数据支撑。
当前使用的大力传感器多采用板式或片式结构，虽然能够满足部分测量需求，但不适合于大力矩、高精度实时测量和长时间动态测量的需要。
因此，研究一种新型的Stewart结构六维大力传感器，可以有效地解决现有大力传感器的限制和不足。
二、研究目的本研究主要目的是开发一种基于Stewart结构的六维大力传感器，具有高精度、高稳定性、高可靠性、高灵敏度和高性价比等特点。
该传感器可以广泛应用于机器人、航空航天、自动化控制、医疗设备、冶金加工等众多领域中。
三、研究方法本研究将采用实验研究方法，首先设计Stewart结构传感器的机械结构和光电传感器的电路结构，并通过有限元分析和多种实验测试方法进行验证，以确定其性能参数和能力范围。
通过三重回归分析和统计检验等计算分析方法，分析传感器性能参数与其机械结构，电路结构及光电传感模块等因素之间的关系。
四、研究内容与进度安排1. 设计Stewart结构传感器的机械结构和光电传感器的电路结构，并进行数值模拟和有限元分析，评估传感器的性能参数（2个月）。
2. 搭建实验测试平台，对传感器进行多种实验测试，验证其稳定性、精度和可靠性（2个月）。
3. 通过三重回归分析和统计检验等计算分析方法，分析传感器性能参数与其机械结构，电路结构及光电传感模块等因素之间的关系（2个月）。
4. 完成Stewart结构六维大力传感器的实验研究报告，撰写毕业论文，准备对外发表（2个月）。
五、预计达到的研究成果1.开发出一种基于Stewart结构的六维大力传感器，并评估其性能参数。
2.验证该传感器的稳定性、精度和可靠性，并分析其性能参数与机械结构、电路结构及光电传感模块等因素之间的关系。
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本文研究 了一种 Ｓｅ ｒ 型机器人六维力传感 器的静态解 耦实验 问题 ， ｔｗａｔ 为该种 六维力传 感器 的实 用及其产业 化奠定基
础， 并且介绍了传感器测试原理 、 标定装置 ， 进行 静态标定与解 耦实验 。实验结 果分析表 明， 该六维力 传感器解耦性 良好 ， 程 满
测量精度能达到 ２ 。
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第 ２ ７卷 第 １ ２期 ２０ ０ ６年 １ ２月
仪 器 仪 表 学 报
Ｃ ｉｅ ｅＪ ｕ ｎ ｌｏ ｃｅ ｔ ｉ ｎ ｔｕ ｎ ｈ ｎ ｓ ｏ ｒ ａ ｆＳ ｉｎ ｉ ｃＩ ｓｒ ｍｅ ｔ ｆ
Ｖｏ ． ７ Ｎｏ １ １２ ． ２
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静态标定与解耦实验问题 ， 为其实用及产业化奠定重要 的
１ 引
言
实验基础 。该种传感器不仅在机器人领域具有广阔的应
用前景 ， 而且在汽车与电子工业 中的力与力矩的测量等使
机器人的“ 触觉” 力觉” 以借 助于力传感器来实 和“ 可 现， 所以， 机器人关节（ 主要是腕关节） 的多维力传感器 用
Ｄｅ ．２ ０ ｃ ０６
Ｓｅ ａ ｔ 六 维 力 传 感 器 的 静 态 解 耦 实 验 ｔｗ ｒ 型
金 振林 岳 ，
（ 山大学机械工程学 院 燕 摘要
义
北京 １０２） ０ ０ ２
（ １ 工 业 大 学 机 械 工 程 与 应 用 电子 技 术 学 院 －京 １ ：
秦皇 岛
０６０） ６ ０４
ｔ ｅ ｔ ｓ ｕ ｅ． Ｔｈ ａ ｓ ｕ ｅ ｒ ｉｇ ｔｃ ｎ ｑ ｅａ ｄ ｔ ｅ ｃ ｌ ｒ ｔ ｎ ｄ ｖ ｅ ｒ ｒ ｓ ｎ ｅ ｄ ｔ ｅｅ ｐ ｒ ｎ ｅ ｈ ｒ ｄ ｃ ｒ ｎ ａ ｅ ｔ ｎ ｄ ｃ ｒｗｏ ｋ ｎ ｅ ｈ ｉ ｕ ｈ ｉ ａ ｉ ｅ ｅａ ｅ ｐ ｅ ｅ ｔｄ ａ ｘ ｅ ｉ ｒ ｎ ａ ｂ ｏ ｉ ｎ ｈ ｍｅ ｔｉ ａ — Ｓ
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一
用多维力与力矩传感器的领域也有重要的应用价值。
直是国内外学者研究 的热点课 题。传感器 的结构设计
２ Ｓｅ ａｔ 六维 力传 感 器 及 其 测 量 原 理 ｔｗ ｒ 型
图１ 为一种 Ｓｅ ｒ 型机器人六维腕力传感器结构 ｔ ｗａｔ 图， 其力敏元件是由下平 台、 个两端代有柔性铰链的弹 ６ 性体和上平 台相连接而成 ， 是一次加工成型的非组装件 。 在６ 个弹性体 的相对 ２ 个侧面上分别粘贴应变片组成应
关键词 六维力传感器机器人
中图分类号
Ｓｅ ａｔ ｔｗ ｒ 平台 静态解耦 实验
Ａ 国家 标 准 学 科 分 类 代 码 ４ ０ ４ ２ ６． ０ ０
Ｔ ２２ Ｔ ３ 文 献标 识 码 Ｐ ４ Ｍ９ ０
Ｓ ａ ｉ ｅ ｏ ｐｌｎ ｘ ｒ ｍ ｅ ｏ － ｘ ｓ ｆ ｒ ｅ ｔ ａ ｄ ｃ ｒ ｔ ｔｃ ｄ ｃ ｕ ｉ ｇ ｅ ｐｅ ｉ ｎｔｆ ｒ ａ ６ ａ ｉ ｏ ｃ ｒ ｎｓ ｕ ｅ