六维力传感器可同时检测三维空间的三个力分量和三个力矩分量，是获取全信息力学参数的重要元件，广泛应用于航空航天、国防科技、生物医学和工业生产等领域，比如：宇宙空间站对接、汽车整车性能测试。

并联机构具有刚度大、结构稳定、承载能力大、无累积误差等特点,并且基于Stewart并联机构的六维力传感器，依靠自身结构使输出解耦，克服了其他结构传感器采用贴片组桥解耦的缺点，使得该类传感器的研究逐渐成为研究的热点之一。

对于Stewart型六维力传感器结构而言，其分支灵敏度、精度等测量特性的提高会导致其刚度受到限制，所以检测分支易产生故障。此外，对于Stewart型六维力传感器采集系统而言，其信号采集线路较单维力或少维力传感器复杂，不可避免的会产生信号影响，线路故障，无论是结构还是信号问题，都将导致Stewart结构六维力传感器的整体故障，而无法可靠完成六维力测量，但关键任务中，系统中任何元件的故障，都可能使整个系统功能下降，甚至瘫痪，无法完成预定任务，因此，使其具备良好的容错能力是六维力传感器设计的一个重要发展方向。

预紧式并联六维力传感器主要包括一个测力平台、一个中间平台、一个预紧平台、套筒、底座、调整垫片、7个测量分支等部分，测量分支分成两组并分布在测力平台的两侧，其中3个分支均匀分布在中间平台上侧，另外4个均匀分布在中间平台下侧。通过调节预紧螺栓使预紧平台与测量分支之间产生预紧作用力，消除测量分支两端接触面间的间隙，使得传感器不会存在过零问题，并增加传感器的整体刚度。

与传统Stewart结构六维力传感器相比，该传感器在保留传统Stewart结构六维力传感器结构简单对称性好等优点，还具有无应力耦合、摩擦力矩小、不存在过零问题、非线性和迟滞误差小、准确度高、动态性能性好等优点。同时，研究发现传统Stewart结构六维力传感器具有保持几何不变性所需的最少约束，为静定结构，传感器中任一分支发生故障，均会使传感器系统无法准确测量六维外力，即不具备容错能力。而预紧式并联六维力传感器正常工作时，7个检测分支可共同起作用，通过建立外力和7个检测支路输出信号之间的映射关系，即可检测出六维外力。当某分支发生故障时(其故障一般情况主要是对应分支的检测元件出现错误或故障)，隔离发生故障分支的输出信号，进一步可通过建立外力与正常工作的6个分支输出信号的全映射关系，亦可检测出外力，仍可完成可靠测量，即传感器具备容错特性。

以预紧式7分支并联六维力传感器样机为例，开展了预紧式并联六维力传感器的无故障、信号故障时的容错静态标定测试研究。其中对于标定测试过程分别进行了单向加载和双向组合加载，针对既定任务对力大小的要求进行了分区间加载，并对其结果分别进行了分析。

传感器单向加载容错测量模型误差分析结果

两方向加载传感器容错测量模型误差分析结果

分区加载传感器容错测量模型误差分析结果

(1) 预紧式并联六维力传感器与传统Stewart结构六维力传感器相比具有自容错特性，提高了传感器的可靠性。

(2) 基于螺旋理论和变形协调关系，分别建立了预紧式并联六维力传感器无故障、信号故障的数学模型，为预紧式并联六维力的性能分析和优化设计等理论研究奠定了基础。

(3) 通过对预紧式并联六维力传感器进行无故障和信号故障时单向和两方向组合的容错标定，得出容错测量模型相对于无故障测量模型，其测量线性度下降，误差增大的分析结果。

(4) 针对任务区间标定，小任务力/力矩区间标定与满量程标定相比，其线性度误差较小。

(5) 研究内容对容错六维力传感器的开发，对预紧式并联六维力传感器的实用化有重要意义。