六維力傳感器可同時檢測三維空間的三個力分量和三個力矩分量，是獲取全信息力學參數的重要元件，廣泛應用于航空航天、國防科技、生物醫(yī)學和工業(yè)生產等領域，比如：宇宙空間站對接、汽車整車性能測試。

并聯機構具有剛度大、結構穩(wěn)定、承載能力大、無累積誤差等特點,并且基于Stewart并聯機構的六維力傳感器，依靠自身結構使輸出解耦，克服了其他結構傳感器采用貼片組橋解耦的缺點，使得該類傳感器的研究逐漸成為研究的熱點之一。

對于Stewart型六維力傳感器結構而言，其分支靈敏度、精度等測量特性的提高會導致其剛度受到限制，所以檢測分支易產生故障。此外，對于Stewart型六維力傳感器采集系統(tǒng)而言，其信號采集線路較單維力或少維力傳感器復雜，不可避免的會產生信號影響，線路故障，無論是結構還是信號問題，都將導致Stewart結構六維力傳感器的整體故障，而無法可靠完成六維力測量，但關鍵任務中，系統(tǒng)中任何元件的故障，都可能使整個系統(tǒng)功能下降，甚至癱瘓，無法完成預定任務，因此，使其具備良好的容錯能力是六維力傳感器設計的一個重要發(fā)展方向。

預緊式并聯六維力傳感器主要包括一個測力平臺、一個中間平臺、一個預緊平臺、套筒、底座、調整墊片、7個測量分支等部分，測量分支分成兩組并分布在測力平臺的兩側，其中3個分支均勻分布在中間平臺上側，另外4個均勻分布在中間平臺下側。通過調節(jié)預緊螺栓使預緊平臺與測量分支之間產生預緊作用力，消除測量分支兩端接觸面間的間隙，使得傳感器不會存在過零問題，并增加傳感器的整體剛度。

與傳統(tǒng)Stewart結構六維力傳感器相比，該傳感器在保留傳統(tǒng)Stewart結構六維力傳感器結構簡單對稱性好等優(yōu)點，還具有無應力耦合、摩擦力矩小、不存在過零問題、非線性和遲滯誤差小、準確度高、動態(tài)性能性好等優(yōu)點。同時，研究發(fā)現傳統(tǒng)Stewart結構六維力傳感器具有保持幾何不變性所需的最少約束，為靜定結構，傳感器中任一分支發(fā)生故障，均會使傳感器系統(tǒng)無法準確測量六維外力，即不具備容錯能力。而預緊式并聯六維力傳感器正常工作時，7個檢測分支可共同起作用，通過建立外力和7個檢測支路輸出信號之間的映射關系，即可檢測出六維外力。當某分支發(fā)生故障時(其故障一般情況主要是對應分支的檢測元件出現錯誤或故障)，隔離發(fā)生故障分支的輸出信號，進一步可通過建立外力與正常工作的6個分支輸出信號的全映射關系，亦可檢測出外力，仍可完成可靠測量，即傳感器具備容錯特性。

以預緊式7分支并聯六維力傳感器樣機為例，開展了預緊式并聯六維力傳感器的無故障、信號故障時的容錯靜態(tài)標定測試研究。其中對于標定測試過程分別進行了單向加載和雙向組合加載，針對既定任務對力大小的要求進行了分區(qū)間加載，并對其結果分別進行了分析。

傳感器單向加載容錯測量模型誤差分析結果

兩方向加載傳感器容錯測量模型誤差分析結果

分區(qū)加載傳感器容錯測量模型誤差分析結果

(1) 預緊式并聯六維力傳感器與傳統(tǒng)Stewart結構六維力傳感器相比具有自容錯特性，提高了傳感器的可靠性。

(2) 基于螺旋理論和變形協調關系，分別建立了預緊式并聯六維力傳感器無故障、信號故障的數學模型，為預緊式并聯六維力的性能分析和優(yōu)化設計等理論研究奠定了基礎。

(3) 通過對預緊式并聯六維力傳感器進行無故障和信號故障時單向和兩方向組合的容錯標定，得出容錯測量模型相對于無故障測量模型，其測量線性度下降，誤差增大的分析結果。

(4) 針對任務區(qū)間標定，小任務力/力矩區(qū)間標定與滿量程標定相比，其線性度誤差較小。

(5) 研究內容對容錯六維力傳感器的開發(fā)，對預緊式并聯六維力傳感器的實用化有重要意義。