新型力解耦和各向同性机器人六维力传感器

介绍了基于并联 6 -SPS结构的新型机器人六维力与力矩传感器的结构特点 ,并分析计算了其力与应变之间的转换关系及其力各向同性 ,为该六维力与力矩传感器的设计和使用提供了理论依据。分析计算结果表明该传感器是力与力矩解耦和各向同性的。该传感器采用弹性铰链替代球铰 ,具有结构灵巧、工艺性好等优点 ,可应用到机器人手腕、手指和其它使用多维力与力矩传感器的场合。     

基于NDIR原理的采煤机齿轮啮合力应力计算

传统采煤机齿轮啮合力应力计算方法存在齿轮啮合数据采集不准、传感器效率偏低问题,导致方法应用误差较大.针对上述问题,提出基于非分散红外(Non-Dispersive InfraRed,NDIR)技术原理的采煤机齿轮啮合力应力计算方法.利用NDIR气体传感器,实时采集采煤机齿轮啮合力应力数据,引入有限元方法构建模型,根据Hertz接触法实现静力等效分析以及静态接触分析,通过ANSUS/LS-DYNA计算采煤机齿轮啮合力应力.为验证研究方法的有效性,设计仿真.仿真结果证明了研究方法具有更小应用误差,拟合度较高,且成本较低,具有较好的应用前景.     

一种基于双E型膜片的微小六维力传感器的设计

基于双E型膜片结构的六维力传感器用于常规环境下的机器人操作已有成熟应用,探讨将该结构应用于微纳环境下的机器人操作的可能性。首先介绍了该弹性体结构的测力原理,并用有限元分析软件对弹性体的静态和动态特性进行了仿真。结果表明此种结构的六维力传感器可在微纳环境下测力,并具有各向灵敏度高、线形好、维间耦合小等优点。     

新型机器人手指六维力传感器系统设计

针对六维力传感器刚度低、尺寸大等问题,设计了一种可应用于机器人手指的、新型Stewart并联结构的六维力传感器。对该六维力传感器的结构、测量电路等进行了设计,并对传感器标定数据进行了分析,结果表明该传感器系统设计理论正确,且具有一定应用价值。     

圆环力传感器中应力分布规律研究

研究圆环力传感器中的应力分布是传感器的设计关键环节,通过理论计算分析圆环受力情况,因计算角度及原理不同,所得的结果差别较大。本文在分析前人理论计算结果的基础上从实验的角度出发,用X射线测试方法对圆环进行受力分析,验证了理论计算的结论,对圆环力传感器的设计具有指导性意义。     

机器人力控制算法试验平台的设计与实现

本文针对机器人力控制算法试验平台搭建中力传感器通讯模块的软件设计与实现做了详细研究。该试验平台采用CAN2.0A协议,并利用该协议实现了力传感器与机器人控制器之间的通讯。从控制算法试验的效果来看,该平台达到了力控制试验的要求,具有良好的应用价值。     

机器人多维力传感器

多维力觉感知系统在柔性精密操控、零力示教、轮廓跟踪、自动柔性装配、机器人多手协作、机器人临场感和遥操作、机器人虚拟和远程手术、康复训练等场合有巨大的需求。力敏元件的性能是决定机器人多维力传感器的各项性能指标的关键因素之一。早在20世纪70年代初,力觉信息的获取和应用就已开始被国际上关注,并获得了初步的探讨。自20世纪80年代末起,我国学者也开始关注和研究力觉感知技术。对机器人多维力传感器力敏元件的设计和研究进展进行了综述,对高精度力信息获取面临的挑战展开了分析,并对机器人多维力传感器的发展趋势和解决思路提出了一些可行性的思路。     

三肢体机器人足部力传感器弹性体分析

提出将传感器传递矩阵条件数和行范数两项指标综合的方法,对一种三肢体机器人的足部三维力传感器弹性体结构进行优化,使传感器在具有低传递误差的同时具有较高的灵敏度.并应用有限元法分析了弹性体各结构尺寸对传感器性能的影响,得到了弹性体在单向受力时的应力、应变分布状态及其静、动态特性,为传感器的结构设计和进一步分析提供了依据.     

机器人力控制算法试验系统的设计与实现

本文主要介绍了机器人控制算法试验系统的研制.基于CAN总线的六维力传感器与机器人控制程序的实时、可靠的通讯是该试验系统建设的难点.制定完力传感通讯协议并测试可与机器人正常通讯后,本文进行了一种力控制试验.从试验结果分析,该试验系统完全可以满足机器人控制实验的需要,具有一定的工程价值.     

机器人六维力传感器研究概况及发展预测

随着机器人技术的飞速发展，机器人六维力的传感器越来越多的得到广泛的应用。本文对机器人六维力传感器的研究概况及影响因素作了简要概述，并对未来机器人六维力传感器的发展方向作了预测。     

Development of a piezoelectric polymer film sensor for plantar normal and shear stress measurements

We have developed a new sensor prototype for plantar pressure measurements during gait. The mechanical stress at the plantar surface has two components, pressure acting normal to the surface and shear stress acting tangential to the surface. The shear stress can be further divided into anterior–posterior (AP) and medial–lateral (ML) components. The developed sensor simultaneously measures both normal and shear stresses. It utilizes commercial polyvinylidenefluoride (PVDF) material and consists of four separate sensor elements. This paper presents the sensor development and calibration for each force components. A shaker providing dynamic excitation force was used in the calibration. Average sensitivities computed from the results were (12.6 ± 0.8) mV/N for the normal force, (223.9 ± 20.3) mV/N for the AP shear force and (55.2 ± 11.9) mV/N for the ML shear force. A preliminary plantar pressure measurement was also done. The results obtained were promising. However, the sensor developed here is the first prototype. In future, a matrix sensor based on this principle is planned to be constructed.     

混凝土内应力测量的应变砖传感器设计与应用

针对混凝土内应力传感器匹配误差问题,设计制作埋入式应变砖传感器,将混凝土作为传感器一部分整体进行标定,从而减少实际测量中匹配误差的影响。传感器设计中考虑温度和干扰补偿,并对应变计进行良好防护以确保20MPa压力下传感器绝缘性能良好。进行50kN静态加载试验,得到加载力同传感器输出的函数关系和非线性误差。经过激波管动态加载试验,得出应变砖固有频率大于30kHz,可用于动态加载的混凝土内应力测量。     

外力对逆磁致伸缩索力传感器影响研究

基于索力传感理论模型和环式结构的索力传感器,对索力测量原理做了推导,传感器输出感应电压与激励磁场变化、外力变化、某一激励磁场下的材料磁导率及空气间隙尺寸、线圈密度等有关.重点分析了加载外力对传感器输出的影响.在稳恒直流激励下,当外力缓慢变化时可通过感应积分电压反映外力;当外力交流变化时,可通过感应电压求得外力,感应电压幅值与加载外力的频率成正比.最后,确定模拟实验参数,对传感器进行了仿真.结果表明当外力缓慢变化时,感应积分电压与外力成线性关系,传感器的灵敏度与线圈匝数.材料逆磁致伸缩系数成正比.     

基于SAW器件的微间隙压力监测传感器

声表面波SAW(Surface Acoustic Wave)器件能进行无源无线通信,为微间隙等特殊环境下物理量的测量提供了新的解决思路.研究设计了一种基于声表面波延迟线的接触应力传感器.围绕微间隙环境,研究了声表面波器件的结构类型,并确定压力监测的技术方案;根据设计原理,设计一种新型声表面波传感器,并利用有限元分析法对压电基片进行应力仿真;将设计出的传感器进行实验测试并提出温度补偿.通过对声表面波传感器设计的探究,验证了利用声表面波传感器实现微间隙压力监测的可行性.     

Modeling and experimentation of a passive low frequency nanoforce sensor based on diamagnetic levitation

This paper is focused on the study of a new low frequency micro and nanoforce sensor based on diamagnetic levitation. The force sensitive part is a 10-cm long macroscopic capillary tube used as a levitating seismic mass. This tube presents a naturally stable equilibrium state with six degrees of freedom thanks to the combination of diamagnetic repulsive and magnetic attractive forces. It is only used as a one-direction force sensing device along its longitudinal axis. This force sensor is passive. The force measurement is based on the displacement of the capillary tube and in steady-state this displacement is proportional to the force. This sensor is characterized by an under-damped second-order linear force-displacement dynamic which remains linear on several hundred micrometers and can thus measure a wide range of microforces. Because of the magnetic springs configuration used, the capillary tube presents a horizontal mechanical stiffness that can be adjusted between 0.01 and 0.03 N/m (similar to the stiffness of a thin AFM cantilever). The measurement range typically varies between ±50 μN. Bandwidth is 4 Hz. The resolution depends on the sensor used to measure the capillary tube displacement and on noises induced by environmental conditions (ground and air vibrations). The resolution typically reached with a STIL confocal chromatic sensor is 5 nN inside a test chamber located on a anti-vibration table. This study is illustrated by a pull-off force measurement.     

C形腿测力传感器安装方法及动态特性的研究

为研究六足仿生沙基机器人的C形腿在松软颗粒介质上行走时,C形腿轮壤作用正应力和切应力变化规律,C形腿的地面支持力和挂钩牵引力与轮壤作用正应力和切应力之间的关系,设计制作了C形腿机器人环形试验台。对C形腿轮轴的三维力传感器,轮缘上的正应力和切应力传感器的选择、安装及测量方法,动态响应和传感器自重等对测量结果的影响进行了研究。给出了动态安装三维力传感器的方法。测试了应力传感器的动态响应,给出了其传递函数,分析了应力传感器动态延时对C形腿轮缘线速度的限制。分析了悬臂梁传感器作为应力传感器时,其自重和离心力对测量结果的影响,推导了自重和离心力产生的附加值的计算公式。     

环空间阵列扭矩传感器设计与原理分析

针对恶劣环境下机械转轴扭矩动态测量问题,利用交流电磁感应原理,采用环型空间阵列封装磁性钢球和专门的磁电式检测器,构造一种新型的非接触扭矩测量传感器.本文设计了传感器的结构并对测量原理进行了分析,建立了其动态扭矩测量的数学模型.通过环空间阵列作切割磁力线运动,引起磁通量的周期性变化,得到感应信号的周期性变化,从而实现了位...     

六维力/力矩传感器静态解耦算法的研究与应用

维间耦合是影响多维力/力矩传感器测量精度的一个主要因素。介绍了六维力/力矩传感器维间耦合的基本原理,在研究基于求解矩阵广义逆的静态解耦算法的基础上,提出了基于耦合误差建模的静态解耦算法。以实验室研制的六维力/力矩传感器为例进行标定实验,用两种解耦算法对其进行解耦计算。实验结果证明基于耦合误差建模的静态解耦算法的有效性。     

基于非晶态合金的动态轨道衡压磁电感式应力传感器的研究

为了解决目前动态轨道衡中使用的应力传感器存在的问题,开发了一种基于非晶态合金薄带的压磁电感式应力传感器.论述了传感器的工作原理,推导出了它的输出方程,并分别在材料试验机与矿山有轨运输轨道上进行了静态特性标定和实测试验.试验显示,这种传感器具有较高的测试精度和灵敏度.另外,这种传感器结构简单、安装方便、坚固耐用,应用于动态轨道衡是可行的.