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《燕山大学》 2003年
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Stewart结构六维力传感器设计理论与应用研究

赵现朝  
【摘要】: 本文的主要研究内容包括Stewart平台六维力传感器的性能指标定义、坐标系变化对传感器静态特性的影响、六维力传感器的样机设计、传感器的静态标定研究等,并在此基础上开发了力驱动方式的六维鼠标。 由于传感器的许多静态特性反应在其数学模型上,因此为便于深入研究,本文在前人研究的基础上,详细推导了Stewart结构六维力传感器的一阶静力影响系数矩阵、力雅可比矩阵等的解析表达式。分析了当坐标系变化时,传感器静态数学模型和Stewart结构的5个结构参数以及坐标系的6个参数之间的解析关系,为传感器性能指标的深入研究奠定了基础。 对Stewart平台六维力传感器的力和力矩各向同性指标进行了研究,并具体研究了坐标系的变化对该性能指标的影响。为方便传感器的结构优化设计工作,利用空间模型理论绘制了力、力矩各向同性度性能图谱,总结了力各向同性度以及力矩各向同性度随机构参数的变化规律。 定义了六维力传感器的灵敏度和灵敏度各向同性指标,研究了坐标系的变化对两者产生的影响,并绘制了相应的图谱。具体说明了如何有机地结合灵敏度指标和灵敏度各向同性指标优化设计传感器的力敏元件结构。 在综合考虑传感器的力各向同性、灵敏度特性及传感器外型尺寸等多方面因素的情况下,研制了数种六维力传感器样机及信号处理系统,并设计了静态标定系统。 以六维力传感器为核心,开发了力驱动方式的六维鼠标,研究了从六维力信号到被控对象的运动控制信号之间的转换方法。并开发了用于检验六维鼠标控制功能的虚拟6-SPS并联机器人系统,同时成功地将六维鼠标用于微操作机器人控制系统中。 本文的研究成果对机器人六维力传感器及六维鼠标的进一步研究具有重要的理论意义和实际应用价值,对我国机器人的智能化发展具有重要的现实意义。
【学位授予单位】:燕山大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:TP212

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【引证文献】
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1 张景柱;特种六分力传感器设计原理研究[D];南京理工大学;2008年
2 赵延治;大量程柔性铰并联六维力传感器基础理论与系统研制[D];燕山大学;2009年
3 姚建涛;大量程并联式六维力传感器基础理论与实验研究[D];燕山大学;2010年
4 李映君;新型轴用并联压电式六维大力传感器的研究[D];大连理工大学;2010年
5 林盛;基于Stewart结构并联分载式六维大力传感器研究[D];大连理工大学;2010年
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2 田立志;面向腹腔镜手术的力反馈型微器械研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
3 王正伟;6-SSR六维加速度传感器动态特性研究[D];燕山大学;2011年
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5 马新科;仿人机器人用安全型六维力传感器设计与分析[D];哈尔滨工业大学;2011年
6 苑会领;基于Stewart平台的预紧式六维力传感器的研制与开发[D];燕山大学;2003年
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【参考文献】
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6 谭林;基于动力指纹的结构损伤识别可靠度方法研究[D];华南理工大学;2010年
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【同被引文献】
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王正伟;6-SSR六维加速度传感器动态特性研究[D];燕山大学;2011年
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3 高进;基于Stewart平台的预紧式六维力传感器研究[D];燕山大学;2001年
4 苑会领;基于Stewart平台的预紧式六维力传感器的研制与开发[D];燕山大学;2003年
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【二级引证文献】
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中国重要会议论文全文数据库 前1条
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1 袁刚;六维加速度传感器的原理、系统及特性研究[D];重庆大学;2010年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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3 陈立伟;刚柔混合结构三腿六维力传感器关键技术研究[D];燕山大学;2013年
4 李亚娟;六维力传感器的数字化应变检测及在线标定研究[D];哈尔滨工业大学;2013年
5 李伟;基于神经网络的间接输出型车轮六维力传感器研究[D];武汉理工大学;2013年
6 李生广;无耦合六维力传感器结构有限元分析与标定实验系统设计[D];哈尔滨工业大学;2012年
7 汪志红;电阻应变片式六维力传感器弹性体力学特性的研究[D];安徽工程大学;2013年
8 卫然;多维力传感器动态测试激励方法研究[D];安徽工程大学;2012年
9 迟鹤翔;盲源分离在六维力传感器静态标定中的应用[D];燕山大学;2013年
10 马新科;仿人机器人用安全型六维力传感器设计与分析[D];哈尔滨工业大学;2011年
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