Measurement model and calibration experiment of over-constrained parallel six-dimensional force sensor based on stiffness characteristics analysis

刚度 校准 计算机科学 航空航天 观测误差 压缩(物理) 模拟 结构工程 数学 材料科学 工程类 航空航天工程 统计 复合材料
作者
Niu Zhi,Yanzhi Zhao,Tieshi Zhao,Yachao Cao,Menghua Liu
出处
期刊:Measurement Science and Technology [IOP Publishing]
卷期号:28 (10): 105104-105104 被引量:13
标识
DOI:10.1088/1361-6501/aa85d3
摘要

An over-constrained, parallel six-dimensional force sensor has various advantages, including its ability to bear heavy loads and provide redundant force measurement information. These advantages render the sensor valuable in important applications in the field of aerospace (space docking tests, etc). The stiffness of each component in the over-constrained structure has a considerable influence on the internal force distribution of the structure. Thus, the measurement model changes when the measurement branches of the sensor are under tensile or compressive force. This study establishes a general measurement model for an over-constrained parallel six-dimensional force sensor considering the different branch tensions and compression stiffness values. Numerical calculations and analyses are performed using practical examples. Based on the parallel mechanism, an over-constrained, orthogonal structure is proposed for a six-dimensional force sensor. Hence, a prototype is designed and developed, and a calibration experiment is conducted. The measurement accuracy of the sensor is improved based on the measurement model under different branch tensions and compression stiffness values. Moreover, the largest class I error is reduced from 5.81 to 2.23% full scale (FS), and the largest class II error is reduced from 3.425 to 1.871% FS.

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