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学兔兔 第46卷第 11期 机 械 工 程 学 报 V0l1．46 NO．1l 20l0年 6 月 JOURNALOFMECHANICALENGINEERING Jun． 2O10 DoI： 1O．3901／JM E．2010．11．062 并联式轴用压 电六维力／力矩传感器木 贾振元 李映君 张 军 钱 敏 刘 巍 (大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室 大连 I16023) 摘要：针对巨型重载操作装备极端制造中多维大载荷测量的难题，提出一种利用压电石英作为力敏元件的新型并联式轴用压 电六维力／力矩传感器。对比各种力敏元件的性能，选择压电石英作为力敏元件可以实现空间力／力矩的动态测量，分析压电 石英晶组不同空问布局方式的测量原理，提出并联式轴用压电六维力／力矩传感器的多点测量原理，分别对其建立空间力学 模型，并进行解耦计算。设计出高灵敏度、高刚度、高线性度的非组装整体化六维力／力矩传感器新结构。研究并联式轴用 压电六维力／力矩传感器的标定方法，并进行静态和动态标定试验，得到六维力／力矩传感器的标定矩阵和误差矩阵。试验表 明，该六维力／力矩传感器可以动态测量空间六维力／力矩，具有量程大、线性好、固有频率高、动态性能好和应用场合多等 优点。 关键词：六维力／力矩 压电石英 空间布局 解耦 中图分类号：TH823 AxialPiezoelectric6-ComponentForce／torqueSensorBased onParallelStructure JIAZhenyuan LIYingjun ZHANGJun QIANMin LIUWei (KeyLaboratoryforPrecisionandNon—traditionalMachiningTechnologyofMinistryofEducation， DalianUniversityofTechnology,Dalian116023) Abstract：Inordertosolveproblemsofmulti—dimensionalandheavyforcemeasurementofhugeheavy -dutyoperatingequipm·ent working in extreme situation，anovelaxialpiezoelectric 6-componentforce／torquesensorwith parallelstructureispresented． Piezoelectricquartzischosenasforcesensingelementtorealizereal—timedynamicmeasurementthroughcomparingallkindsof forcesensingelements，andthemeasurementprincipleofdifferentspatialarrangementofthenovelsensorisnaalyzed．The multi—pointmeasuringprincipleofaxialpiezoelectric6-componentforce／torquesensorispresented．Mechanicalmodelsraebuiltand decoupled．Thenovelnon—assembleholisticstructureofthesensorisdesignedwithadvantagesofhighsensitivity,rigidiyt,nad linearity．The methodsofcalibration reserachingon thesensor’Scalibration algorithm raepresented．The staticnad dynamic calibrationexperimen