Design und Forschung eines neuartigen hochpräzisen sechsachsigen Kraftsensors
2025-03-01
Herkömmliche einachsige Kraftsensoren können den Anforderungen moderner Produktion und Technologie nicht mehr gerecht werden. Sechsachsige Kraftsensoren erregen zunehmend die Aufmerksamkeit vieler Wissenschaftler. Sechsachsige Kraftsensoren können Kräfte und Drehmomente in sechs Richtungen gleichzeitig messen und werden häufig in Maschinen, Roboterarmen, Luft- und Raumfahrt, Biomedizin und anderen Bereichen eingesetzt. Die derzeit untersuchten sechsachsigen Kraftsensoren weisen jedoch im Allgemeinen viele Probleme auf. Für die weitere Forschung werden dringend hochpräzise und hochempfindliche Sensoren benötigt. Dieser Artikel kombiniert theoretische Analyse, Finite-Elemente-Simulation und Simulationsexperimente und optimiert die Struktur des Sensors auf der Grundlage bestehender Sensorforschung. Es wird ein neuer Typ eines hochpräzisen sechsachsigen Kraftsensors vorgeschlagen. Zu den wesentlichen Forschungsinhalten gehören:
1. Nach eingehender Analyse der verschiedenen Leistungen des Sensors und Untersuchung des Gesetzes der Änderungen der Sensorleistung anhand geometrischer Parameter des Sensors. Es wird ein neuer Typ einer sechsachsigen Kraftsensorstruktur vom Verbundträgertyp vorgeschlagen. Der Sensor hat eine einfache Struktur, eine offensichtliche Verformung und eine einfache Bedienung der Patch-Position. Zur Bestimmung der Größenparameter des Sensors werden die Methoden Orthogonaltest und Finite-Elemente-Simulation eingesetzt.
2. Verwenden Sie die Abaqus-Analysesoftware, um das Sensormodell zu erstellen und statische und dynamische Analysen am Sensor durchzuführen. Es werden die Dehnungsverteilung des Sensors unter der äußeren Kraftbelastung und die Eigenfrequenz der ersten sechs Ordnungen des Sensors ermittelt. Die Ergebnisse zeigen, dass der Sensor eine gute Linearität aufweist.
3. Bestimmen Sie basierend auf dem Grundprinzip des Whits-Schwallbechers die Anordnung des sechsdimensionalen Kraftsensors. Bestimmen Sie basierend auf den Analyseergebnissen der Finite-Elemente-Methode die Verformungsfläche des elastischen Körpers, kombinieren Sie die Skalierung der Sensorstruktur und führen Sie eine angemessene Anordnung darauf durch. Und erhöhen Sie die Leistung entsprechend und reduzieren Sie das interdimensionale Kopplungsproblem des sechsdimensionalen Kraftsensors auf dem Patch.
4. Entwickeln Sie ein spezielles Kalibriergerät für den Sensor. Entwerfen Sie entsprechend der Struktur und Form des Sensors eine Reihe spezieller Sensorkalibrierungsgeräte. Den Ergebnissen des Simulationsexperiments zufolge ist der Sensor entkoppelt. Verwenden Sie die Quadratmethode und die BP-Methode des neuronalen Netzwerks, um die Beziehung zwischen ihnen zu berechnen und die Kalibrierungsstudie des Sensors abzuschließen. Die Studie zeigt, dass die BP-Neuronale Netzwerkmethode einen besseren Entkopplungseffekt hat.
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