大量程六维压电力传感器标定系统的研究

摘要

巨型重载操作装备是制造产业链中的基础装备，体现了国家极端制造能力和制造水平。在重载装备操作过程中，六维力测量以及实时的力反馈是实现多装备协调操作控制、力顺应控制的基础。六维测量系统的核心部件为力传感器，基于压电效应的六维压电力传感器，能够对空间力进行综合地测量。测量的前提是对其进行精确地标定。研究对其进行标定的系统，对传感器的实际应用具有重要的意义。
　　 本文在国家973项目基金(2006CB705406)的资助下，从工程实际出发，针对六维压电力传感器的向间耦合特点，以及巨型重载装备中的大力测量要求，研究了一套能对大量程的压电力传感器进行六维标定的系统。
　　 本文采用了蜗轮蜗杆以及滑动螺旋机构组合成力源提供者；采用T型槽式的工作平台，实现力源的水平面内的平移；通过升降板在竖直方向安置力源，由提升机构控制升降，实现力源竖直方向的平移，由此建立了一套能对三维力进行标定的装置。同时，通过对装置中的各主要部件进行计算校核以及应力和应变的有限元分析，验证了标定装置的可靠性。在此基础上，设计了相应的转接架机构，以适应六维压电力传感器的移动与翻转，研究出六维标定的方式，并选择合适的输出设备，从而搭建了一套大量程至50000N、大空间至560×520×520mm的六维力标定系统。
　　 本文通过实验对标定系统的不确定度进行了分析与计算。结果表明，标定系统具有较低的测量不确定度，其良好的加载性能满足对压电力传感器进行标定的精度要求。对于大量程力的测量，标定系统具有良好的标定性能，为六维压电力传感器实际应用提供了可靠的依据。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1课题研究的来源及意义

1.2课题的研究背景

1.3课题研究的主要内容

2总体方案选型

2.1压电力传感器

2.2标定装置设计的难点

2.3方案设计

2.3.1 单力源标定装置

2.3.2多力源标定装置

2.4方案确定

3标定系统的研究

3.1 力源结构

3.1.1力源的各机构选型

3.1.2各机构设计

3.1.3蜗轮轴的校核

3.2 工作平台

3.2.1底座

3.2.2立柱与升降板

3.2.3提升机构

3.3标定装置整体结构

3.4标定方式的研究

3.4.1标定方式

3.4.2转接架

3.5输出设备

3.6本章小结

4标定系统测量不确定度

4.1 测量不确定度的分析方法

4.1.1测量不确定度的有关概念

4.1.2测量不确定度的分类

4.2标定系统测量不确定度的影响因素分析

4.3 测量不确定度的实验分析

4.3.1加载重复性的实验

4.3.2力的偏移实验

4.4不确定度计算

4.5标定系统改进措施

4.6本章小结

结 论

参考文献

附录A 50000N力源的设计与校核

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢