机械解耦并联三维力传感器设计与研制

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1、硕士学位论文MASTER’SDISSERTATION论文题目机械解耦并联三维力传感器设计与研制作者姓名翁大成学位类别工程硕士指导教师赵延治副教授杨超高级工程师2016年5月中图分类号：TP212.1学校代码：10216UDC：621密级：公开工程硕士学位论文（应用研究型）机械解耦并联三维力传感器设计与研制硕士研究生：翁大成导师：赵延治副教授副导师：杨超高级工程师申请学位：工程硕士工程领域：机械工程所属学院：机械工程学院答辩日期：2016年5月授予学位单位：燕山大学ADissertationinMechanic

2、alEngineeringTHEDESIGNANDDEVELOPMENTOFPARALLELTHREE-DIMENSIONALFORCESENSORWITHMECHANICALDECOUPLINGbyWengDachengSupervisor:AssociateProfessorZhaoYanzhiViceSupervisor:SeniorEngineerYangChaoYanshanUniversityMay,2016燕山大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《机械解耦并联三维力传

3、感器设计与研制》，是本人在导师指导下，在燕山大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签字：日期：年月日燕山大学硕士学位论文使用授权书《机械解耦并联三维力传感器设计与研制》系本人在燕山大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归燕山大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解燕山大学关

4、于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权燕山大学，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。保密□，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密□。（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日摘要摘要多维力传感器可以用于检测空间的力信息，在风洞试验、机器人装配、起落架载荷测试、航天器对接等领域具有重要的应用价值。本文提出了两种机械解耦的并联三维力传感器的新构型，分别建立了其测量模型

5、，并对两种并联三维力传感器进行了具体的结构设计，基于有限元软件对两种并联三维力传感器进行了力学分析，最后搭建了机械解耦并联三维力传感器的标定实验系统并开展了标定研究。主要内容如下：首先，基于钢球的滚动原理提出了两种机械解耦的并联三维力传感器的新构型，推导了理想情况两种机械解耦并联三维力传感器的静力映射关系；分析了测量分支中钢球的滚动测量原理，进而推导了考虑滚动摩阻的机械解耦并联三维力传感器测量模型；最终推导了同时考虑传感器预紧力和滚动摩阻的机械解耦并联三维力传感器综合测量模型。其次，分析了并联三维力传感器的测

6、量性能，基于提出的两种机械解耦的并联三维力传感器的新构型，对其进行了详细的结构设计，同时设计了两种机械解耦并联三维力传感器通用的静态标定加载装置，并进行了关键零部件的强度校核；使用有限元软件对两种机械解耦并联三维力传感器进行了虚拟标定和模态分析。最后，研制了机械解耦并联三维力传感器样机，编写了数据采集系统的采集程序，搭建其静态标定实验系统；进而探究了不同预紧载荷对机械解耦并联三维力传感器测量精度的影响，基于最小二乘法对实验数据进行处理，得到了不同预紧力下传感器的误差矩阵和标定矩阵，对解耦的三维力传感器的研究有

7、一定的参考价值。关键词：机械解耦；并联；三维力传感器；标定-I-燕山大学工程硕士学位论文AbstractMulti-dimensionalforcesensorcanbeusedtodetectspaceforceinformation,andhasimportantapplicationsinwindtunneltests,roboticassembly,landinggearloadtesting,spacecraftdockingandotherfields.Twokindsofparallelthre

8、e-dimensionalforcesensorwithmechanicaldecouplingisproposed.Themeasurementmodelisestablished,andthestructuredesignofthetwokindsofthree-dimensionalforcesiscarriedout.Basedonthefiniteelementsoftwareforbot