Stewart型六维力传感器的标定方法研究

I、II类误差是影响Stewart型六维力传感器测量精度的主要因素,对Stewart型六维力传感器的测力原理和误差引入原因做了简要的介绍。为提高传感器的实际测量精度,减小测量误差,提出了一种基于标定杆的标定方案。通过理论分析验证了该方案的可行性并通过有限元仿真软件ANSYS完成了Stewart型六维力传感器的静态标定仿真实验,标定前后传感器测量精度的对比证明该方案可有效提高传感器的实际测量精度,降低I、II类误差。     

三维力传感器的设计和静态解耦算法研究

针对三维力传感器在获取大量程空间三维力时存在精度低、维间耦合的问题,从机械解耦角度进行改进,弹性体采用十字梁型结构,竖梁两侧开设通槽,并将电阻应变片粘贴于竖梁和横梁两侧,通过电阻应变片组桥方式连接。利用万能试验机对传感器进行标定加载分析,基于最小二乘理论对经多次测量筛选出的数据进行拟合,得出该传感器输入载荷与输出电压之间解耦矩阵。采用研制出的三维力传感器进行论证实验,通过对传感器标定并结合弹性体本身机械结构解耦。实验结果表明,所研制的大量程三维力传感器的Ⅰ类误差和Ⅱ类误差分别为2.36%和2.1%,能够较好地抑制各维间的耦合,并达到了该传感器的预期精度要求。     

并联预紧式六维力传感器动态力响应分析

提出一种并联预紧式双层结构六维力传感器,介绍了该传感器的结构特点和优点.并基于多自由度系统振动力学对该六维力传感器进行动态力响应分析.首先结合该传感器的结构特点对其进行静力学分析,在此基础上建立了传感器系统的振动力学模型;然后推导出系统的运动微分方程,通过求解运动微分方程,得到了系统在动态力作用下广义坐标的响应以及各分...     

基于正弦力激励的预紧压电式力传感器的研究

为了校准预紧的压电式力传感器动态灵敏度并研究其频响特性和预紧结构的设计,首先介绍了正弦力激励的方法并建立校准数学模型。分别在传感器正立和倒立安装方式下进行测试,通过对比试验研究传感器端部等效质量引入的惯性力对传感器动态灵敏度的影响。然后根据传感器固有频率的落球测试方法,将传感器和附加质量块安装于振动系统。通过白噪声激励得到系统安装谐振频率,进而研究传感器有效频率范围和测量精度与安装谐振频率的关系。最后通过理论分析,说明传感器非对称设计的原因。试验结果表明,当附加质量块质量约为传感器质量的121倍时,可忽略端部等效质量对灵敏度标定的影响;压电式力传感器固有频率高达46kHz,但其有效使用频率范围受安装谐振频率限制,当试验频率与安装谐振频率比 时,压电式传感器精度等级为1%;传感器两端等效质量不同,预紧结构是非对称的,用于动态测试时要将端部等效质量轻的一端连接到被测物体。本研究结果可为开展传感器的现场标定和预紧结构的设计提供理论依据。     

具有3维力感知能力的多足仿生机器人足端机构设计

为提高多足仿生机器人在崎岖地形中的适应能力,设计了一种具有3维力感知能力的足端机构,该机构主要包含足端球、盖板、4个1维力传感器、基座和预紧螺栓.4个力传感器以45?倾角对称安装在基座卡槽内,根据传感器受力在水平和垂直方向的分力可实现足端球与环境间接触力的测量.首先,对足端机构的3维力测量原理进行分析,基于ADAMS仿真验证了该测量原理的正确性.在传感器标定实验中发现,预紧螺栓施加的预紧力以及足端球的材料对足端机构的3维力测量性能具有较大的影响.最后,在确定预紧力和足端球材料后,对选定参数的足端机构进行标定实验,标定结果表明,足端机构在X和Y方向的力测量精度可以达到±11.3%,Z方向的力测量精度可以达到±9.4%.     

陀螺马达轴承预紧力分析

通过对某型陀螺马达机械结构系统的理论分析、数学建模及计算,得出了其轴承预紧力的测试曲线,推导出轴承预紧力的实际值,为陀螺马达轴承预紧力测试的工艺实现提供了一种思路.     

一种小量程六维力传感器的设计与分析

针对外科手术力觉信息采集对多维力传感器提出的低量程和高分辨率的要求,对常规的十字梁六维力传感器进行结构改进,设计了一种具有滑移结构的低维间耦合的小量程六维力传感器。分析了传感器结构抑制维间耦合的机理,通过有限元方法分析了其受力变形情况。标定实验表明:该六维力传感器非线性误差与维间耦合误差均小于2%,具有高灵敏度、高分辨率和低维间耦合的特点。     

一种结构解耦的新型应变式三维力传感器研究

维间耦合一直是制约多维力传感器精度提高的重要因素,结构解耦也一直是多维力传感器追求的目标。提出了一种新型三维力传感器,可用于Fx、Fz、My3个维度广义力的测量,其敏感原理是结构解耦的,因此可具有更高的精度。介绍了这种新型三维力传感器的结构并分析其敏感原理。采用有限单元法对应变式三维力传感器进行结构静力仿真,利用ANSYS后处理器提供的路径映射技术,精确地获得了应变片的贴片区域。仿真结果表明,该新型传感器与目前的应变式多维力传感器相比,维间耦合误差有明显改善,维间干扰由传统结构的3.56%降低至0.40%。     

基于八角环二维力传感器抓取力控制研究

设计了一种小型八角环二维力传感器,利用ANSYS仿真软件对传感器进行了有限元和应变节点分析,通过传感器静态标定实验得到了标定解耦矩阵,解决了由于加工误差和应变计粘贴误差带来的力矩耦合问题.设计了二指平行手爪,搭建了基于力外环控制的夹持器系统.运用手爪测量了不同材料之间的最大静摩擦系数.实际的抓取实验验证了基于力比例控制的稳定抓取具有良好效果.     

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MSVR的六维腕力传感器静态解耦算法

针对维间耦合会影响六维腕力传感器测量精度的问题,提出了基于多输出支持向量回归机（Multi-output support vector regression,MSVR）的解耦算法。以实验室研制的六维腕力传感器为例进行静态标定实验,使用基于MSVR的解耦算法以及传统的基于最小二乘求解标定矩阵的解耦算法对标定数据进行处理分析。实验结果表明,本文提出的解耦算法稳定可靠,能有效抑制维间耦合的干扰,具有较高的解耦精度。     

一种用于微型六维力传感器的集成式应变计设计

为实现六维力传感器的微型化与集成化，提出了一种新型的集成式应变计．该应变计由6组敏感栅组成，可与薄壁圆筒型弹性体组成微型六维力传感器．文中介绍了信号调理电路和数字化电路的组成．采用微型数字信号处理器和刚柔结合的电路板实现了传感器的电路集成．对传感器进行了静动态标定并分析了实验结果．     

羽流力/力矩测量系统在线标定研究

基于压电效应开发的用于发动机羽流力/力矩测量系统,对其进行在线标定是需点解决的技术难题之一.针对立式结构的羽流力/力矩测量系统,选择液压力源配合标准力传感器的加载方式,设计了具备远程操作、在线标定、实时校准功能的标定平台.分析了六维力标定的加载方法以及加载力与传感器受力之间的关系,建立了六维力加载力学模型.对测试系统进行静态标定试验,得到了压电式六维力传感器各分量的线性拟合直线方程.试验表明:该六维力标定系统稳定、可靠,具有精度高、操作简便、对环境影响小等优点.     

小型三维力传感器的设计和解耦测试研究

研制了一种小型电阻应变式3维力传感器,采用一种新型弹性体结构,其自上而下开有多层槽孔,4个电阻应变片贴于弹性体侧面,用于检测空间3维力。采用弹性体的位移变化量转化成应变片的应变量,运用有限元仿真分析力作用与应变关系,判定了具有该弹性体结构的传感器力解耦性能。针对实际3维力传感器进行静态标定和解耦计算,得到3维力解耦矩阵。3维力实验测试表明,所研制的传感器具有较高的精度,较好地消除了3维间的耦合性,能够满足小量程微小型机器人力反馈控制需求。     

基于RF-GA的六维力传感器解耦方法

多维力传感器的维间耦合问题严重影响了检测精度的提高。通过设计新型RF-GA（基于遗传算法的改进随机森林算法）解耦方法解决多维力信息的解耦问题，实现提高力传感器检测精度的目标。针对随机森林算法中含有大量子树，但每个子树的预测准度无法保证的问题，利用遗传算法对随机森林的子树进行筛选，保留优质子树，从而提高预测精度。以基于应变检测的六维力传感器为实验对象，将RF-GA算法运用到实际力信息解耦中，并通过解耦实验对RF-GA算法进行验证。与现有解耦算法相比，RF-GA解耦方法具有精度高、解耦时间短的优点，实验结果表明该算法能有效提高多维力传感器的解耦精度。     

分层优化PF在六维力传感器下E型膜中的应用

针对动载环境下,噪声污染导致六维力传感器测量精度急剧下降的问题,提出一种具有分层优化步骤的改进粒子滤波算法。以双E型弹性体六维力传感器下E型膜为研究对象,根据正弦激励力响应和应变的关系,建立非线性系统模型。在粒子滤波的框架下,将样本集按权值的蜕化程度分层,引入野草繁殖算法,将最新的观测信息融入高权值子集。基于Thompson-Taylor算法,通过聚合重采样将高、低权值粒子随机组合,产生中权值粒子集。将优化后的粒子滤波算法在六维力传感器动态测试系统中进行仿真研究,结果表明,该算法能以更小的估计误差贴近真实后验概率密度,在保持实时性的同时,有效地提高六维力传感器的测量精度。