复合梁结构小型六维力传感器的优化设计

作     者：孙逸文 陈希良 谢正宇 SUN Yiwen;CHEN Xiliang;Xie Zhengyu

作者机构：浙江理工大学机械工程学院 台州学院智能制造学院 

出 版 物：《仪表技术与传感器》 (Instrument Technique and Sensor)

年 卷 期：2024年第3期

页      面：21-28页

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0802[工学-机械工程] 

主　　题：六维力传感器 复合梁结构 结构参数优化 响应面法 最小二乘法 

摘      要：文中设计了一种三横梁与三竖梁复合的六维力传感器弹性体结构,使其外径缩小至40 mm,整个传感器装配完成后外径为45 mm。首先基于有限元技术分析了其在各种载荷条件下的应变分布,根据应变分布特性,设计了传感器的惠斯登电桥方案,推导了每个方向的输出电压公式。在此基础上,基于Box-Behnken响应面法开展弹性体结构的优化,以弹性体上应变片贴片位置的平均应变作为优化目标,通过多目标遗传算法得到最优设计参数,F_(x)、F_(y)、F_(z)、M_(x)、M_(y)、M_(z) 6个方向的平均应变分别是优化前的1.5833、1.5632、1.7338、1.5113、1.5109、2.171倍。进行样机制作,完成标定实验,使用最小二乘法求得解耦矩阵,通过解耦矩阵求得传感器的Ι类误差分别为0.18%、0.42%、0.41%、0.05%、0.49%、0.6%,ΙΙ类误差最大值为1.665%,精度高,维间耦合小,验证了该结构的可行性。