摘要
本文基于近奇异理论与“大力承载，微力测量”的思想，对近奇异构型的混合分支柔性多维力感知机构进行了研究。依次进行了近奇异理论推导与构型综合、机构刚度建模、力映射建模、近奇异性能分析、机构尺寸优化、样机标定实验以及近奇异对比实验等方面的研究，对近奇异构型多维力感知机构的设计与分析提供一定的帮助。 首先，基于螺旋理论结合近奇异构型增力原理，分别推导了六分支多维力感知机构与八分支多维力感知机构的近奇异构型综合方法，解决了近奇异构型综合的问题。对承载部分中的承载分支进行近奇异构型综合，结合对应近奇异方向的测量部分与承载部分，得到完整的具有近奇异大量程多维力感知机构。 其次，基于小变形假设和变形叠加原理建立了多维力感知机构的刚度建模，并由刚度模型进一步计算得到了静力映射矩阵，并通过仿真对数学模型计算结果进行了验证。其中，对欧拉-伯努利梁模型与铁木辛柯梁模型进行对比，结果显示铁木辛柯梁模型更适合本文中具有短粗梁的多维力感知机构构型。 再次，利用条件数和方程组扰动理论对机构的近奇异度展开分析，确定了近奇异度指标与灵敏度指标。通过近奇异度指标对近奇异多维力感知机构性能进行评价，利用灵敏度指标对近奇异多维力感知机构进行参数优化。 最后，对近奇异多维力感知机构样机进行标定实验，由标定数据分析得到近奇异样机在其近奇异方向上的灵敏度要大于其他方向的灵敏度。将近奇异样机与普通构型样机进行对比实验，结果显示在近奇异方向上近奇异样机的灵敏度要远大于普通样机，证明近奇异构型具有较好的灵敏度放大效果。
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