六維力傳感器可同時(shí)檢測(cè)三維空間的三個(gè)力分量和三個(gè)力矩分量，是獲取全信息力學(xué)參數(shù)的重要元件，廣泛應(yīng)用于航空航天、國(guó)防科技、生物醫(yī)學(xué)和工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域，比如：宇宙空間站對(duì)接、汽車整車性能測(cè)試。
并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有剛度大、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、承載能力大、無(wú)累積誤差等特點(diǎn),并且基于Stewart并聯(lián)機(jī)構(gòu)的六維力傳感器，依靠自身結(jié)構(gòu)使輸出解耦，克服了其他結(jié)構(gòu)傳感器采用貼片組橋解耦的缺點(diǎn)，使得該類傳感器的研究逐漸成為研究的熱點(diǎn)之一。
對(duì)于Stewart型六維力傳感器結(jié)構(gòu)而言，其分支靈敏度、精度等測(cè)量特性的提高會(huì)導(dǎo)致其剛度受到限制，所以檢測(cè)分支易產(chǎn)生故障。此外，對(duì)于Stewart型六維力傳感器采集系統(tǒng)而言，其信號(hào)采集線路較單維力或少維力傳感器復(fù)雜，不可避免的會(huì)產(chǎn)生信號(hào)影響，線路故障，無(wú)論是結(jié)構(gòu)還是信號(hào)問(wèn)題，都將導(dǎo)致Stewart結(jié)構(gòu)六維力傳感器的整體故障，而無(wú)法可靠完成六維力測(cè)量，但關(guān)鍵任務(wù)中，系統(tǒng)中任何元件的故障，都可能使整個(gè)系統(tǒng)功能下降，甚至癱瘓，無(wú)法完成預(yù)定任務(wù)，因此，使其具備良好的容錯(cuò)能力是六維力傳感器設(shè)計(jì)的一個(gè)重要發(fā)展方向。
預(yù)緊式并聯(lián)六維力傳感器主要包括一個(gè)測(cè)力平臺(tái)、一個(gè)中間平臺(tái)、一個(gè)預(yù)緊平臺(tái)、套筒、底座、調(diào)整墊片、7個(gè)測(cè)量分支等部分，測(cè)量分支分成兩組并分布在測(cè)力平臺(tái)的兩側(cè)，其中3個(gè)分支均勻分布在中間平臺(tái)上側(cè)，另外4個(gè)均勻分布在中間平臺(tái)下側(cè)。通過(guò)調(diào)節(jié)預(yù)緊螺栓使預(yù)緊平臺(tái)與測(cè)量分支之間產(chǎn)生預(yù)緊作用力，消除測(cè)量分支兩端接觸面間的間隙，使得傳感器不會(huì)存在過(guò)零問(wèn)題，并增加傳感器的整體剛度。
與傳統(tǒng)Stewart結(jié)構(gòu)六維力傳感器相比，該傳感器在保留傳統(tǒng)Stewart結(jié)構(gòu)六維力傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單對(duì)稱性好等優(yōu)點(diǎn)，還具有無(wú)應(yīng)力耦合、摩擦力矩小、不存在過(guò)零問(wèn)題、非線性和遲滯誤差小、準(zhǔn)確度高、動(dòng)態(tài)性能性好等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)Stewart結(jié)構(gòu)六維力傳感器具有保持幾何不變性所需的最少約束，為靜定結(jié)構(gòu)，傳感器中任一分支發(fā)生故障，均會(huì)使傳感器系統(tǒng)無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量六維外力，即不具備容錯(cuò)能力。而預(yù)緊式并聯(lián)六維力傳感器正常工作時(shí)，7個(gè)檢測(cè)分支可共同起作用，通過(guò)建立外力和7個(gè)檢測(cè)支路輸出信號(hào)之間的映射關(guān)系，即可檢測(cè)出六維外力。當(dāng)某分支發(fā)生故障時(shí)(其故障一般情況主要是對(duì)應(yīng)分支的檢測(cè)元件出現(xiàn)錯(cuò)誤或故障)，隔離發(fā)生故障分支的輸出信號(hào)，進(jìn)一步可通過(guò)建立外力與正常工作的6個(gè)分支輸出信號(hào)的全映射關(guān)系，亦可檢測(cè)出外力，仍可完成可靠測(cè)量，即傳感器具備容錯(cuò)特性。
以預(yù)緊式7分支并聯(lián)六維力傳感器樣機(jī)為例，開(kāi)展了預(yù)緊式并聯(lián)六維力傳感器的無(wú)故障、信號(hào)故障時(shí)的容錯(cuò)靜態(tài)標(biāo)定測(cè)試研究。其中對(duì)于標(biāo)定測(cè)試過(guò)程分別進(jìn)行了單向加載和雙向組合加載，針對(duì)既定任務(wù)對(duì)力大小的要求進(jìn)行了分區(qū)間加載，并對(duì)其結(jié)果分別進(jìn)行了分析。
傳感器單向加載容錯(cuò)測(cè)量模型誤差分析結(jié)果
兩方向加載傳感器容錯(cuò)測(cè)量模型誤差分析結(jié)果
分區(qū)加載傳感器容錯(cuò)測(cè)量模型誤差分析結(jié)果
(1) 預(yù)緊式并聯(lián)六維力傳感器與傳統(tǒng)Stewart結(jié)構(gòu)六維力傳感器相比具有自容錯(cuò)特性，提高了傳感器的可靠性。
(2) 基于螺旋理論和變形協(xié)調(diào)關(guān)系，分別建立了預(yù)緊式并聯(lián)六維力傳感器無(wú)故障、信號(hào)故障的數(shù)學(xué)模型，為預(yù)緊式并聯(lián)六維力的性能分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)等理論研究奠定了基礎(chǔ)。
(3) 通過(guò)對(duì)預(yù)緊式并聯(lián)六維力傳感器進(jìn)行無(wú)故障和信號(hào)故障時(shí)單向和兩方向組合的容錯(cuò)標(biāo)定，得出容錯(cuò)測(cè)量模型相對(duì)于無(wú)故障測(cè)量模型，其測(cè)量線性度下降，誤差增大的分析結(jié)果。
(4) 針對(duì)任務(wù)區(qū)間標(biāo)定，小任務(wù)力/力矩區(qū)間標(biāo)定與滿量程標(biāo)定相比，其線性度誤差較小。
(5) 研究?jī)?nèi)容對(duì)容錯(cuò)六維力傳感器的開(kāi)發(fā)，對(duì)預(yù)緊式并聯(lián)六維力傳感器的實(shí)用化有重要意義。
