重载并联六维力传感器及静态标定

针对传感器重载小尺寸需求,提出一种具有混合分支的重载并联六维力传感器,分析了其结构特点和测量原理。搭建了重载并联六维力传感器标定系统,为改善维间耦合及制造误差等对测量精度产生的影响,从标定算法及模型优化方面对其进行了研究。分别利用最小二乘法和BP神经网络算法对加载实验数据进行了处理,分析结果表明BP神经网络算法要明显优于最小二乘法,并通过数据随机分组测试验证了结果的正确性。基于BP神经网络,提出了一种基于人工鱼群算法的BP神经网络算法,并采用优化后的BP神经网络标定算法对实验数据进行了计算分析,结果表明优化后的BP神经网络计算结果较好且稳定,不易陷入局部极值。     

机器人六维腕力传感器标定试验台误差分析与研究

介绍了自行研制的机器人六维腕力传感器标定试验台以及在该试验台上进行单向施加标定力的方法。分析了试验台系统误差产生的各种原因,推导出由轴承内部的摩擦力矩、定滑轮与绳子之间的摩擦力、绳子自重、加载方向和作用点位置偏差等各种原因引起的系统误差的计算公式。针对施加F1方向标定力的情况,计算出各种原因引起的系统误差值,求出合成后试验台总的系统误差值,并进一步提出减小系统误差的方法。     

基于独立分量分析的六维力传感器标定矩阵的校正

为了提高六维力传感器的测量精度,提出了一种基于独立分量分析(ICA)的静态标定方法。作用在上平台的各维力经过六维力传感器后形成混合信号,该方法先对混合信号进行ICA分解,即将其分离成独立的分量,再结合理想源信号恢复出各维真实作用力的排序和幅值,最后得出校正后的标定矩阵。仿真结果表明,校正后的标定矩阵更接近标准的标定矩阵,从而提高了六维力传感器的测量精度。     

十字梁结构六维腕力传感器标定研究

分析了十字梁结构六维腕力传感器标定存在的问题,试验表明直接采用传统的最小二乘标定方法存在无法正确解耦或解偶精度低的问题.为此提出了基于径向基函数神经网络的标定方法.试验结果表明:与最小二乘法标定结果相比,该方法可以将解耦精度提高一个数量级;与基于BP神经网络标定结果相比,该方法有较快的收敛速度.     

机器人六维腕力传感器标定方法和标定装置的研究

通过对机器人六维腕力传感器系统的各种标定方法的分析讨论,说明了应采用阶跃响应的方法来对它的动态性能进行标定。从矩形脉冲频谱对系统传递函数影响的角度,说明了为减少矩形脉冲频谱对传递函数标定曲线的干扰,应使阶跃激励开始时刻前的采样点数为零。新设计的实验方法和实验装置便于测出标定中使用的激励信号,通过数据采样系统的“软触发”功能,准确抓取到阶跃开始时刻,减少了干扰。同时,在该实验台上加载所使用的定滑轮数量较少,也有效地减小了标定误差。     

Stewart结构六维力传感器力矩各向同性研究

对于stewart并联结构的六维力传感器,应用并联机器人机构学理论,根据传感器的静态数学模型,研究当坐标系建立在下平台的几何中心处时,传感器的力矩各向同性指标。利用空间模型理论对力矩各向同性进行了图谱分析,并研究了坐标系变化时的力矩各向同性指标,以此作为该传感器的结构优化设计和应用的理论依据。     

Stewart式六维力传感器轻量化设计

空间复合力测量是空间感知技术的重要发展方向之一。六维力传感器作为主要的空间复合力测量装置,被广泛应用于火箭发动机推力测试、航天器对接等领域。目前,轻量化已成为六维力传感器的主要研究方向之一,但由于其设计指标多且各项指标间存在相互制约,故采用理论推导、数值仿真及实验验证相结合的方法进行研究。首先,利用螺旋理论建立Stewart式六维力传感器在理想条件下的力映射模型,通过求解综合性能目标函数来确定其各向同性度理论最优时的结构参数。然后,利用ABAQUS有限元分析软件构建Stewart式六维力传感器仿真模型,并对其初始样机的质量、刚度、强度和灵敏度进行了详细分析;在此基础上,分析了上、下加载盘主要结构参数对传感器质量、刚度和强度的影响,进而对加载盘结构参数进行了优化并设计了一种具有正四面体特征的半球形减重结构,实现了传感器的轻量化设计。最后,对优化后Stewart式六维力传感器的性能进行了仿真分析和实验验证。结果表明,基于多目标参数优化结合数值仿真、实验验证可有效提高设计效率和降低设计成本;所设计的减重结构可有效改善Stewart式六维力传感器的质量分布和提高其质量利用率,优化后传感器的质量减小了17.65%且综合性能优异。研究结果可为六维力传感器的轻量化设计和综合性能优化提供参考。     

三维力传感器静态解耦算法的研究与应用

介绍了三维腕力传感器维间耦合基本原理,并建立了耦合误差模型,阐述了传感器静态标定的基本方法。对传统的基于求解矩阵广义逆的静态解耦算法中容易产生病态矩阵,进而影响解耦稳定性和精度的问题进行了研究。提出了基于耦合误差建模的静态解耦算法。对十字梁型三维腕力传感器进行静态标定试验,使用2种解耦算法对标定数据进行分析。试验结果表明,基于耦合误差建模的静态解耦算法具有高可靠性和高解耦精度,且能够反应各维力之间的耦合关系。     

机器人六分量腕力传感器加载试验台系统误差分析

简要介绍了对机器人六分量腕力传感器进行标定的方法和装置，对目前使用的一种加载试验台的系统误差进行分析，提出了对各种误差的分析方法，导出相应的计算公式，为制定有关的产品检测标准和设计标准检测设备提供参考。     

基于MATLAB实现传感器静态标定

本文介绍了传感器静态标定的指标及其应用Matlab语言编程的具体实例、方法及实用程序。     

机器人手指尖六维力/力矩传感器的研制

提出一种机器人手指尖六维力／力矩传感器，并对其弹性体结构进行详细论述；分析应变量与测量量的对应关系；采用现代设计手段对弹性体进行模态分析，并介绍了传感器放大处理电路，给出实验结果。     

LabVIEW中UDP协议的六维力传感器数据读取方法

以LabVIEW(Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench)为平台,对美国ATI(Automation Industrial)公司的Nano17六维力传感器基于UDP(User Datagram Protocol)协议的数据读取方法进行了研究.利用LabVIEW提供的UDP的打开、发送、读取等函数,在编程时给相应函数设置好所需通讯六维力传感器信号调理盒的IP地址和端口地址,即可通过发送相应指令控制传感器的数据输出速率、数量及格式,从而实现基于UDP协议的六维力传感器的数据读取.实验证明,相对于以往的串口通信方法,采用UDP方法采集数据更加高效便捷.     

MEMS三维微触觉力传感器标定方法

针对一种微机电系统(micro electro mechanical system,MEMS)三维微触觉力传感器,采用悬臂梁弯曲变形获得了标准微小力信号,通过测量传感器敏感梁弹性导致的传感器测杆的微小位移量,对标定过程中的误差进行了补偿,实现了三维微触觉力传感器的精确标定.建立了MEMS三维微触觉力传感器标定系统,对悬臂梁的弹性系数进行了标定,对传感器测头输出的微小电压信号设计了线性化的信号调理电路.标定过程中考虑了由于传感器敏感梁弹性变形导致的传感器测杆的微小位移量对标定精度的影响.采用高精度的纳米测量机(nano-measuring machine,NMM)对传感器测杆的位移特性进行测量,利用该参数对传感器的力特性系数进行误差补偿,最后根据传感器输出的初始电压和力特性系数建立了传感器的力特性输出方程.     

六维力传感器动态特性研究中的若干问题

本文对六维力传感器动态性能研究中的相关问题作些探讨,主要包括六维力传感器动态性能的标准问题、建立六维力传感器动态模型的理论和方法、传感器动态补偿器的设计与实现、实际实验结果和数据分析等部分,虽然本文讨论的问题是以六维力传感器作为研究对象,相信对其它种类传感器的研究也会有一定的借鉴作用.     

力传感器动态标定及其精度分析研究

对一种压电晶体力传感器动态标定系统进行了研究。首先介绍了这种动态力传感器标定系统的原理和构成;然后用区间算法分析了标定系统的精度,推导出了标定精度的具体表达式;最后对标定系统进行了大量的实验研究,比较了对标准质量块进行有悬挂和无悬挂安装两种实验方案的效果,研究了系统附加质量随频率变化的特性以及其他安装过程对标定结果的影响。研究表明:有悬挂安装法的一致性较差,对实验结果影响较大,无悬挂安装法的一致性较好;在中低频段,系统的附加质量变化幅度很小,力传感器的灵敏度也较为稳定,在高频段,系统的附加质量随标定频率的增加有显著增加,力传感器的灵敏度也有一定增大。这表明,在较高频带上进行实验时,力传感器的灵敏度有必要进行适当修正。     

骨折创伤断面微型二维力传感器研制

针对骨折创伤断面轴向压力和径向剪切力的实时精确测量要求,设计了基于E型圆膜片式结构弹性体的微型二维力传感器,建立了传感器弹性体应变的理论分析模型。根据理论分析模型对传感器弹性体的主要结构尺寸进行了优化,设计了弹性体上应变片的贴片位置和组桥方式。对传感器进行了标定实验,获得了标定数据。标定实验结果表明：传感器灵敏度为2.9 MPa/N,轴向力满量程非线性误差为1.1783%,径向力满量程非线性误差为1.0416%。     

一种指尖三维力传感器设计

设计了一种用于仿人灵巧手的指尖三维力传感器,采用十字梁与中心直梁相结合的结构实现对三维力的感知。首先利用ANSYS工具对设计的十字梁弹性体进行静力学分析,通过分析对弹性体的结构尺寸进行了优化,并给出了最佳贴片方案;最后对设计的指尖三维力传感器进行静态标定试验,建立了维间耦合误差模型,利用静态解耦算法对传感器耦合误差进行解耦计算,有效提高了指尖三维力传感器的测量精度。实验结果表明:设计的三维指尖力传感器的测量精度优于2.5%。     

冗余并联结构六维力传感器及其超静定静力映射解析分析

提出采用冗余并联结构作为大量程大测力板六维力传感器的弹性体结构。基于整体刚度和变形协调条件,提出一种求解冗余n-SS(n>6)并联Stewart结构六维力传感器超静定受力分析的解析方法,导出了n个分支杆轴向力与六维外力之间的全映射关系。通过解析分析分块矩阵的广义逆,得到了当各分支杆刚度一致或不一致时形式统一的各分支杆轴向受力分析的求解方法。最后,利用数值算例验证了上述两种方法的正确性,并表明采用广义逆矩阵求解冗余并联结构各分支杆轴向力不仅形式简洁,而且易于计算机编程实现,具有重要的应用前景。     

永磁式角加速度传感器及其标定方法的研究

介绍了一种新型永磁式角加速度传感器及其机械结构和工作原理,针对该角加速度传感器的标定问题,提出了一种基于机械扭摆机构的标定方法和标定系统。推导证明了其标定原理,并通过实验证明该标定方法和标定系统能客观反映出永磁角加速度传感器非电量输入和输出电压之间的关系,确保了角加速度传感器的标定精度,证明了永磁式角加速度传感器及其标定方法的可行性。实验结果表明传感器的灵敏度约为6.562 μV/(rad·s^-2).     

动态力解耦和动态标定相关技术研究综述

随时间变化的力称作为动态力,其在航空航天、材料科学、汽车制造、武器威力等研究领域均为重要的测量参数。理想情况下,动态力测试与其他传感器输出无关,涉及的仅仅是测试通道方向的输出。但是,由于加工工艺、安装工艺等限制,在测量某方向动态力时,难免耦合其他方向的输出信号造成动态耦合,只有准确的找到各维间力的相互耦合关系,才可以达到精确测量动态力的目的。同时,在测试前应先标定传感器,以提高测量的准确性。目前多采用静态标定进行动态力测量的“静标使用”方法,在测量中必然会产生较大的误差。因此,动态力的解耦及动态标定具有较大的意义。通过分析相关文献,总结了动态力解耦和动态力标定的常用方法,对比优缺点并提出展望。