王 晨，高 波，段文洁，杜 咪

(1.陕西工业职业技术学院航空工程学院，陕西 咸阳 712000）

（2.陕西电器研究所，陕西 西安 710065)

基金项目：陕西工业职业技术学院科研资助项目（ZK18-14）

作者简介：王晨（1988—），男，工程师，硕士，主要研究方向为传感器设计与研发、有限元分析、结构优化等,1064336813@qq.com.

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摘要：高刚度六维力传感器研究已成为智能传感技术的主要发展方向之一。以Stewart型六维力传感器为研究对象，通过理论参数分析，优化了传感器基本结构参数。利用有限元分析软件ABAQUS建立Stewart型六维力传感器仿真模型，通过与试验数据对比，验证了仿真分析的可靠性。分析了上、下平台定位角α_A，α_B对传感器刚度的影响，研究表明，当α_A=100°、α_B=30°时，传感器刚度较优化前提升了13.91%~20.07%。

关键词：六维力传感器；刚度优化；数值仿真；多点约束

中图分类号：TP212.1   文献标识码：A   文章编号：2095-509X(2020)05-0015-05

Stewart型六维力传感器是一种优越的力传感器，具有量程大、结构灵活、接触面大、承载能力强等诸多优点，广泛应用于机器人感知、空间器对接等重要场合。随着应用领域的扩展，对六维力传感器使用要求也不断增多，高强度、高刚度已成为六维力传感器又一主要研究方向。高强度、高刚度的要求使六维力传感器不仅作为测量仪器，更承担着一定的结构功能。这意味着在传感器的设计中既要兼顾测量精度等性能指标，又要考虑结构参数对传感器自身强度、刚度的影响。

Stewart型六维力传感器结构复杂，传统设计主要依靠理论推导结合实验测试的方式进行，极易造成设计周期长、成本高、风险大等一系列问题。更为重要的是仅通过实验测试无法完全了解结构内部的应力、应变分布特性，对结构难点无法实现有效解决。因此，本文以理论推导为基础，结合有限元仿真计算，对Stewart型六维力传感器的刚度性能进行优化设计。

1 参数优化

Stewart型六维力传感器通常可看成是由6个弹性支路和上、下平台构成的装配体，决定传感器性能的主要结构参数为R_A，R_B，α_A，α_B及H。其中：R_B，R_A分别为上、下平台球铰点的分布半径；为平台间几何中心距离；α_B，α_A为上、下平台定位角，

    当传感器受力（力矢）作用时，各支路可近似看作二力杆。依据Stewart型六维力传感器参数模型，结合传感器灵敏度分析矩阵及产品的技术指标要求，对传感器结构参数进行目标优化设计。

2 初样分析

参照初样产品，首先利用Pro/E建立三维模型，然后将建立的三维模型导入ABAQUS有限元分析软件中进行传感器刚度分析。

2.1 网格单元设置

有限元网格质量直接影响着仿真计算的可靠......