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多维并联式力传感器的性能分析与应用研究

作　者: 陈玉龙
导　师: 高峰
学　校: 燕山大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 三维力传感器五维力传感器六维力传感器空间模型理论各向同性灵敏度刚度静态标定微操作机器人
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2003年
下　载: 202次
引　用: 3次
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内容摘要

本文的主要内容包括传感器的性能指标定义，在此基础上的三、五维力传感器的性能分析，多维力传感器的静态标定研究，六维力传感器的应用研究。首先介绍了空间模型理论与雅可比矩阵及条件数的概念，分析了三维力传感器在平台式结构和解耦结构情况下的力各项同性性能，总结了两种情况下的力各向同性性能随参数的变化规律。在分析了三维力传感器的基础上，研究了4-SPS&1-UPU五维力传感器的各向同性性能。结合空间模型理论建立了4-SPS&1-UPU结构五维力/力矩传感器的空间模型，绘制了各项同性的力/力矩与结构尺寸关联的性能图谱。运用空间模型理论对4-SPS&1-UPU结构五维力/力矩传感器的灵敏度和刚度进行了研究，绘制了灵敏度、刚度与结构尺寸的性能图谱，在对性能图谱的分析基础上总结了各项性能指标随结构参数的变化关系。对解耦结构的4-SPS&1-UPU结构五维力/力矩传感器的力各项同性、灵敏度、刚度的分析，雅可比矩阵的建立引入了空间螺旋理论的分析方法，实现多维力传感器分析的多种解决方案。本文的最后部分研究了多维力传感器的静态标定方法，建立了从六维信号到被控对象的运动控制之间的对应关系，开发了检验六维力传感器控制功能的虚拟样机控制系统，并将六维力传感器用于微操作机器人控制系统中。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-17
  1．1 引言  9-10
  1．2 机器人及多维力测量用传感器研究现状及发展趋势  10-15
  1．3 本文的主要研究内容及意义  15-17
第2章并联平台式与解耦式3-UPU结构三维力传感器性能分析  17-28
  2．1 并联3-UPU结构三维力矩传感器空间模型  17-18
    2．1．1 空间模型理论  17
    2．1．2 传感器的空间模型  17-18
  2．2 雅克比矩阵及条件数  18-20
    2．2．1 雅克比矩阵的定义及其物理意义  18-19
    2．2．2 雅克比矩阵的条件数  19-20
  2．3 平台式三维力传感器力敏感元件的力学模型  20-24
  2．4 平台式三维力传感器力敏感元件的力各向同性性能分析  24-25
  2．5 解耦3-UPU结构传感器力敏感元件的力各向同性性能分析  25-27
    2．5．1 结构特点与工作原理  25
    2．5．2 力Jacobian矩阵  25-27
  2．6 本章小结  27-28
第3章五维力传感器力各向同性性能研究  28-40
  3．1 并联结构五维力传感器空间模型  28-29
  3．2 传感器力敏感元件的力学模型  29-34
    3．2．1 传感器力敏感元件的力雅克比矩阵  29-33
    3．2．2 传感器力敏感元件的力条件数  33-34
  3．3 力条件数的性能图谱与力矩条件数变化曲线  34-39
  3．4 力各向同性性能图谱与力矩条件数变化曲线分析  39
  3．5 本章小结  39-40
第4章五维力传感器力敏感元件灵敏度特性研究  40-51
  4．1 传感器的灵敏度  40-41
  4．2 传感器灵敏度的数学模型  41-42
  4．3 传感器力、力矩灵敏度性能图谱  42-50
  4．4 灵敏度性能图谱分析  50
  4．5 本章小结  50-51
第5章五维力传感器力敏感元件刚度性能分析  51-62
  5．1 传感器力敏感元件的刚度  51
  5．2 传感器力敏感元件的刚度力学模型  51-52
  5．3 传感器力敏感元件的刚度性能图谱  52-60
  5．4 传感器力敏感元件的刚度性能图谱分析  60-61
  5．5 本章小结  61-62
第6章并联解耦结构五维力传感器性能分析  62-73
  6．1 概述  62
  6．2 结构特点与工作原理  62-63
  6．3 力与应变关系分析计算  63-66
    6．3．1 力Jacobian矩阵  63-65
    6．3．2 力与应变转换关系  65-66
  6．4 力与力矩各向同性性能分析  66-67
  6．5 传感器灵敏度性能分析  67-70
  6．6 弹性敏感元件的刚度特性分析  70-72
    6．6．1 传感器力敏感元件刚度矩阵  70
    6．6．2 传感器力敏感元件刚度性能指标分析  70-72
  6．7 本章小结  72-73
第7章多维力传感器的静态标定方法研究  73-78
  7．1 标定方法概述  73
  7．2 多维力传感器的静态标定方法  73-75
  7．3 多维力传感器的静态标定装置与标定系统结构组成  75
  7．4 多维力传感器标定步骤规划  75-76
  7．5 静态标定软件设计  76
  7．6 本章小结  76-78
第8章六维力传感器应用研究  78-89
  8．1 基于六维力传感器控制的虚拟样机控制系统  78-81
    8．1．1 虚拟现实技术概述  78-79
    8．1．2 虚拟样机控制系统运动建模研究  79-80
    8．1．3 实验研究  80-81
  8．2 基于六维力传感器控制的微动机器人测控系统研究  81-87
    8．2．1 微动机器人概述  81-82
    8．2．2 六自由度并联解耦微动机器人运动学分析  82-85
    8．2．3 微动机器人计算机控制系统构建  85-87
    8．2．4 微动机器人计算机控制系统软件设计与运行结果  87
  8．3 本章小结  87-89
结论  89-90
参考文献  90-94
攻读硕士期间承担的科研项目与主要成果  94-95
致谢  95-96
作者简历  96

多维并联式力传感器的性能分析与应用研究

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