新型并联式六维力传感器设计理论与测量性能研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51505124
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    19.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0501.机器人与机构学
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2018-12-31

项目摘要

The six-axis force/torque sensor is one kind of the most important sensors as it can measure the six-dimensional force and moment information in the space, and has broad application prospects in the field of aerospace, robotics, automotive manufacturing and biomedical. In this project, research on performance indicators analysis, structure optimization design, calibration and measuring experiment of novel parallel six-axis force sensor are carried out. The mathematical model of the novel parallel six-axis force sensor is built first, and the static mapping matrix between the six-axis force/torque applied on the sensor and the axial force on the measuring limbs is derived out. The performance indicators of six-axis force sensor are completed based on measuring requirements, and then the structural optimization of the sensor is carried out. Based on the optimized structure parameters, the prototype of the sensor is manufactured. By static calibration experiment, the static performance indices are obtained, which can verify the correctness of the theoretical analysis. The inadequacy of the six-axis force sensor in actual measurement is studied. The contact statics model of surface tracking is established, and the corresponding relationship between the sensor measurement and the state of contact is deduced. Finally, the surface tracking experiment based on six-axis force sensor force feedback control is carried out. The conduct of this project can build the theoretical and experimental basis for the development of six-axis force sensor with independent intellectual property rights and the practical application of six-axis force sensor.
六维力传感器以其能够检测空间六维力和力矩的全部信息而成为非常重要的一类传感器,并在航空航天、机器人、汽车制造、生物医疗等领域都有着广阔的应用前景。本项目针对所提出的新型并联式六维力传感器开展性能指标分析,结构优化设计,标定与测量实验等方面研究。首先建立新型并联式六维力传感器的数学模型,推导作用在传感器上的六维力与测量分支轴向力之间的静力映射矩阵。基于测量需求完善六维力传感器静态性能指标,以此来对传感器结构进行优化设计。依据所优化的结构参数研制六维力传感器样机,并进行静态标定实验,验证理论分析的正确性。研究六维力传感器在实际测量中的局限性,建立曲面跟踪操作任务时接触静力学模型,推导传感器检测值与接触状态的对应关系,开展基于六维力传感器力反馈控制的曲面跟踪实验研究。本项目的开展将为研制具有自主知识产权的六维力传感器及推进六维力传感器的实用化奠定理论和实验基础。

结项摘要

随着高新技术产业智能化进程的加快,传感器技术在其发展中逐渐占有越来越重要的地位。六维力传感器作为一类能够检测空间全力信息的传感器在机器人技术、生物医疗、航空航天、汽车制造等领域中有着广泛的应用。本项目提出一种正交并联式六维力传感器,并对其进行了深入的理论分析、样机研制和试验等研究。项目首先分析了正交并联式六维力传感器的结构及其数学模型,建立了传感器的静力平衡方程,得到该传感器不仅从原理上实现了六维外力的准确测量,而且在一定程度上是解耦的。然后提出了工况函数模型,对并联结构六维力传感器进行结构参数优化。在传感器满足工况函数以及设定参数范围的前提下,以测量分支量程最小为优化目标,最终得到满足以上要求的结构参数及对应的测量分支最小量程。基于工况函数模型的六维力传感器结构参数优化为促进与提高六维力传感器在工程中的实用性提供了行之有效的方法。研制了正交并联式六维力传感器样机,并进行静态标定试验和耦合性能分析。通过静态标定试验,得到传感器的最大I、II类测量误差均低于7%F.S.。采用独立成分分析的方法研究了传感器的解耦问题,得到了基于独立成分分析方法的耦合率要小于传统最小平方线性解耦的耦合率,从而验证了所提出的独立成分分析方法静态解耦的可行性。最后,将六维力传感器安装于工业机器人手腕处,进行曲面跟踪运动实验。实验过程中,机器人能够按照所规划的力控制算法,由六维力传感器的测量值来保持手指与接触曲面垂直,从而实现了机器人对未知环境的力觉以及力控制功能。实验结果验证了所提出方案及力控制算法的可行性和正确性。本项目的研究成果为进一步设计和研制适用于实际需求的高性能六维力传感器提供了一定的理论及试验依据,对拓展六维力传感器的应用场合及解决应用过程中面临的技术问题具有一定的借鉴价值。

项目成果

期刊论文数量(11)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(4)
采用分形理论与微分几何的摆线针轮形貌模型
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    西安交通大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    韩炬;李威;王志军
  • 通讯作者:
    王志军
Dynamic Analysis of Double-layer and Pre-stressed Multiple Limb Six-axis Force Sensor
双层预应力多肢六轴力传感器动态分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    High Technology Letters
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王志军;贺静;崔冰艳;李占贤
  • 通讯作者:
    李占贤
Dynamic Analysis and Peak Prediction of 6-DOF Bionic Manipulator
六自由度仿生机械臂动力学分析与峰值预测
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    UPB Scientific Bulletin, Series D: Mechanical Engineering
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    崔冰艳;陈丽文;谢永涛;王志军
  • 通讯作者:
    王志军
Static Decoupling Performance Analysis and Design of Bionic Elbow Joint
仿生肘关节静态解耦性能分析与设计
  • DOI:
    10.4028/www.scientific.net/jbbbe.36.34
  • 发表时间:
    2018-01-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF BIOMIMETICS BIOMATERIALS AND BIOMEDICAL ENGINEERING
  • 影响因子:
    0.7
  • 作者:
    Cui, Bingyan;Chen, Liwen;Hu, Yuda
  • 通讯作者:
    Hu, Yuda
机器人焊接示教软件设计
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    热加工工艺
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    武东杰;王志军;赵震;王春晖
  • 通讯作者:
    王春晖

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi || "--"}}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year || "--" }}
  • 期刊:
    {{ item.journal_name }}
  • 影响因子:
    {{ item.factor || "--"}}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

其他文献

降雨入渗对边坡稳定性影响分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    水力发电
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    娄一青;娄潇聪;王志军;曹良珍
  • 通讯作者:
    曹良珍
基于成像角度的特征点质心提取精度研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    激光杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王志军;马凯
  • 通讯作者:
    马凯
采用对数极坐标变换的散斑相关角位移测量法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    激光与光电子学进展
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    马凯;于之靖;王志军;吴军
  • 通讯作者:
    吴军
一种改进的大鼠大脑皮质星形胶质细胞的培养方法
  • DOI:
    10.16557/j.cnki.1000-7547.2017.03.017
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    神经解剖学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    丁娟;丁敬宾;马小虎;关立锋;杨慧莹;王志军;刘娟
  • 通讯作者:
    刘娟
不同品种紫花苜蓿转录组分析及营养品质差异的探讨
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    草业学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    成启明;格根图;撒多文;王志军;范文强;卜振鲲;司强;李俊峰;卢娟;贾玉山
  • 通讯作者:
    贾玉山

其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi || "--" }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year || "--"}}
  • 期刊:
    {{ item.journal_name }}
  • 影响因子:
    {{ item.factor || "--" }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}
empty
内容获取失败,请点击重试
重试联系客服
title开始分析
查看分析示例
此项目为已结题,我已根据课题信息分析并撰写以下内容,帮您拓宽课题思路:

AI项目思路

AI技术路线图

相似国自然基金

{{ item.name }}
  • 批准号:
    {{ item.ratify_no }}
  • 批准年份:
    {{ item.approval_year }}
  • 资助金额:
    {{ item.support_num }}
  • 项目类别:
    {{ item.project_type }}

相似海外基金

{{ item.name }}
{{ item.translate_name }}
  • 批准号:
    {{ item.ratify_no }}
  • 财政年份:
    {{ item.approval_year }}
  • 资助金额:
    {{ item.support_num }}
  • 项目类别:
    {{ item.project_type }}
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了

AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
关闭
close
客服二维码