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第1章 绪论1

1.1 引言1

1.2 六维力传感器研究概况1

1.2.1 六维力传感器国外研究状况1

1.2.2 六维力传感器国内研究状况5

1.2.3 并联结构六维力传感器研究状况7

1.3 六维力传感器的应用现状10

1.3.1 力传感器在机器人中的应用10

1.3.2 力传感器在工农业中的应用11

1.3.3 力传感器在汽车领域中的应用11

1.3.4 力传感器在航空航天中的应用12

1.3.5 力传感器在生物力学和医疗中的应用13

第2章 并联六维力传感器数学模型15

2.1 引言15

2.2 广义Stewart结构六维力传感器静态受力分析15

2.3 Stewart结构六维力传感器静态数学模型17

2.3.1 经典6/6型Stewart结构六维力传感器数学模型17

2.3.2 双环型Stewart结构六维力传感器数学模型19

2.3.3 6/3-3型Stewart结构六维力传感器数学模型21

2.4 双层预紧式并联六维力传感器数学模型23

2.4.1 双层多分支结构六维力传感器数学模型23

2.4.2 双层七分支结构六维力传感器数学模型24

第3章 并联式六维力传感器评价指标27

3.1 引言27

3.2 六维力传感器各向同性性能评价指标27

3.2.1 各向同性理论分析27

3.2.2 基于条件数的各向同性评价指标28

3.2.3 力与力矩各向同性度指标30

3.2.4 正向和逆向各向同性度指标31

3.2.5 解耦性能约束条件34

3.2.6 满足解耦性能约束条件的各向同性度指标35

3.3 各向同性结构六维力传感器灵敏度分析38

3.3.1 传感器各个分量的灵敏度分析38

3.3.2 传感器综合灵敏度分析41

3.4 各向同性的物理意义及其推广43

第4章 并联六维力传感器各向同性解析分析45

4.1 引言45

4.2 经典6/6型Stewart结构力传感器各向同性解析分析46

4.2.1 经典6/6型Stewart结构力传感器完全各向同性分析46

4.2.2 经典6/6型Stewart结构力传感器各向同性度指标之间制约关系46

4.2.3 经典6/6型Stewart结构力传感器各向同性综合性能分析48

4.3 双环型Stewart结构力传感器各向同性解析分析49

4.3.1 双环型Stewart结构力传感器各向同性性能分析49

4.3.2 等杆长双环型Stewart结构力传感器各向同性解析分析51

4.4 等杆长6/3-3型Stewart结构力传感器各向同性解析设计53

4.4.1 等杆长6/3-3型Stewart结构力传感器各向同性解析表达式53

4.4.2 各向同性解有效性及有效区间的确定55

4.4.3 传感器各向同性设计数值实例56

第5章 整体预紧式六维力传感器构型及其超静定分析59

5.1 引言59

5.2 整体预紧式多分支六维力传感器构型59

5.2.1 球窝锥头式球面副59

5.2.2 测量分支数目的确定60

5.2.3 预紧式六维力传感器结构组成及其特点62

5.3 整体预紧式六维力传感器超静定分析64

5.3.1 传感器静力平衡方程求解64

5.3.2 预紧式Stewart结构六维力传感器超静定分析65

5.3.3 任意n-SS Stewart结构六维力传感器超静定受力分析68

5.3.4 基于加权广义逆的预紧式六维力传感器超静定分析70

5.4 预紧式六维力传感器结构稳定性分析74

5.4.1 预紧力确定方法74

5.4.2 传感器预紧力求取数值算例78

第6章 并联式六维力传感器结构参数优化83

6.1 引言83

6.2 基于各向同性的六维力传感器结构参数优化84

6.2.1 六维力传感器性能图谱研究84

6.2.2 六维力传感器遗传算法优化88

6.3 面向任务的六维力传感器结构参数优化94

6.3.1 面向任务的六维力传感器优化准则95

6.3.2 面向任务的六维力传感器优化流程95

6.3.3 六维力传感器结构优化实例96

第7章 整体预紧式六维力传感器结构设计与样机研制100

7.1 引言100

7.2 大量程超静定六维力传感器结构设计与样机研制101

7.2.1 传感器设计整体思路101

7.2.2 传感器结构位形的确定102

7.2.3 预紧支路设计102

7.2.4 分支杆设计104

7.2.5 传感器整体结构模型105

7.2.6 关键零部件的校核106

7.2.7 大量程超静定六维力传感器样机107

7.3 双层预紧式六维力传感器结构设计与样机研制108

7.3.1 测量分支结构设计108

7.3.2 传感器整体结构设计110

7.3.3 数据采集系统设计与开发111

7.3.4 双层预紧式六维力传感器样机112

第8章 六维力传感器静态标定研究113

8.1 引言113

8.2 六维力传感器标定系统设计113

8.2.1 大量程超静定六维力传感器静态标定系统113

8.2.2 双层预紧式六维力传感器静态标定系统117

8.3 六维力传感器静态标定理论研究124

8.3.1 六维力传感器综合静态性能评价指标124

8.3.2 六维力传感器非线性静态标定研究128

8.4 六维力传感器静态标定实验130

8.4.1 静态标定步骤130

8.4.2 大量程超静定六维力传感器静态标定实验131

8.4.3 双层预紧式六维力传感器静态标定实验134

第9章 六维力传感器动态标定137

9.1 引言137

9.2 预紧式六维力传感器振动力学理论分析138

9.2.1 单分支振动力学方程138

9.2.2 传感器振动力学方程139

9.2.3 传感器系统运动微分方程求解141

9.2.4 双层预紧式传感器运动微分方程求解实例144

9.3 六维力传感器动态性能仿真研究147

9.3.1 基于ANSYS的大量程超静定六维力传感器动态特性仿真147

9.3.2 基于ADAMS的双层预紧式六维力传感器动态特性仿真150

9.4 六维力传感器动态标定实验研究152

9.4.1 大量程超静定六维力传感器动态标定实验153

9.4.2 双层预紧式六维力传感器动态标定实验157

第10章 六维力传感器的力控制理论与实验研究161

10.1 引言161

10.2 典型力控制模型与算法研究162

10.2.1 六维力传感器检测的局限性162

10.2.2 曲面跟踪运动力控制算法研究164

10.2.3 轴孔装配力控制算法研究168

10.3 典型力控制实验研究171

10.3.1 基于六维力传感器的力控制机器人系统组成171

10.3.2 控制系统软件开发172

10.3.3 曲面跟踪力控制实验研究174

10.3.4 轴孔装配力控制实验研究176

参考文献179