机械工程学报

作者：李立建, 杨朋霖, 姚建涛, 李冰, 王迎佳

单位：1. 华北水利水电大学机械学院 郑州 450045;2. 燕山大学河北省并联机器人与机电系统实验室 秦皇岛 066004;3. 燕山大学先进锻压成形技术与科学教育部重点实验室 秦皇岛 066004

关键词：多维力传感器,柔性并联,协同优化,应变解析,性能评价；

基金：国家自然科学基金(52005181,U2037202)、河南省高等学校重点科研计划支持(24A460016)、河南省高校科技创新团队(22IRTSTHN018)和河南省科技攻关(222102220039)资助项目。

针对多维力传感器弹性体结构存在变截面、非规则或难解析等柔性单元，导致其应变解析模型较难构建，进而给传感器结构优化和性能评价带来困难。基于Matlab和ANSYS软件间的协同交互，提出一种适于复杂弹性体结构的柔性并联多维力传感器优化设计方法。利用线弹性梁理论，构建出十字梁型多维力传感器通用整体刚度和力映射解析模型，通过考虑含难解析浮动梁结构的测量支链和贴片组桥策略，推导获得四边固支和两边固支十字梁型传感器的应变与载荷解析关系，结合具体算例和借助有限元及实验数据验证所构建解析模型的正确性。协同优化设计结果表明，给定约束条件下十字梁型传感器归一化应变柔度矩阵的条件数均能趋于1，且可使传感器达到高测量灵敏度、低维间耦合和各维同性。

来源：2024年第19期

《机械工程学报》期刊编辑部

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