基于应变式跳远测试二维力传感器的设计与性能测试

设计了一种基于应变式的跳远测试二维力传感器并对其进行了性能测试。传感器弹性体单元采用工字结构,通过力学分析对弹性体进行设计和强度校核,运用有限元方法对弹性体结构进行应力和应变仿真,验证设计的合理性,确定了应变片的最佳布置方案和组桥方式,利用万能试验平台对传感器进行性能测试。测试结果表明,该传感器具有0~ 4000N的竖直力量程,线性度误差低于4.14%,迟滞误差低于1.63%。此传感器具有结构简单、成本低、便于安装,可靠性高等特点,在二维力测试领域具有广阔的应用前景。     

机器人关节副典型活动部件动态扭矩加载测试系统

为掌握机器人关节活动部件的驱动特性和运行寿命,需要模拟实际工况下的负载规律对典型关节活动部件进行精确扭矩加载和测试.本文在分析了动态扭矩精确测量对机械结构要求的基础上,研制成具有通用接口的动态扭矩加载测试系统,提出采用磁滞制动器配合反装的行星减速机作为大扭矩的加载方法,在低转速下也具有平稳加载的性能.针对磁滞制动器加载的非线性特点,采用闭环控制算法实现加载的自动控制,并运用临界比例法整定了闭环控制参数.测试系统能够动态测量扭矩、转速和转角等反映机器人关节性能参数,并且实现了与转速无关的动态扭矩精确加载.     

基于CAN总线的微型灵巧手指力传感器研究

设计一种用于多指灵巧手的实用微型三维指力传感器.该传感器采用类双E型膜片的高度集成式弹性体结构;对该指力传感器的弹性体结构、测量电路、上下位机软件和CAN总线通讯协议进行了设计,并对传感器标定数据进行分析;实验结果表明,该传感器设计理论和设计过程正确,并且具有一定的实用价值,为具有感知功能的机器人灵巧手的研究奠定了基础.     

扭矩嵌入检测的机器人关节伺服舵机研究

为提高绘图机器人的轨迹跟踪精度,提出了一种嵌入式扭矩检测的谐波驱动伺服舵机。首先介绍了绘图机器人的结构;然后从机械结构、扭矩检测原理和控制方法这三方面对嵌入式扭矩检测的谐波驱动伺服舵机进行了设计。该伺服舵机通过贴于谐波齿轮柔轮上的应变片来检测机器人各关节扭矩,这种结构既不增加系统的物理尺寸,也不减小其刚性。最后,将所设计的伺服舵机应用于绘图机器人进行绘图,实验结果表明了其有效性。     

六维力传感器的结构设计分析

为了改善现有六维力传感器的动态性能，提出了一种新型的六维力传感器弹性体结构。建立了结构模型，并采用有限元方法进行了静力学分析以及模态分析，分析了该传感器弹性体在各工况下的应变分布特征；随后对弹性体的关键尺寸参数进行了详细的设计，基于响应面分析法对数值计算结果进行拟合，建立了各工况下响应值与弹性体关键尺寸的回归方程。分析结果表明，该传感器具有良好的动态性能，其一阶固有频率高达3196.3 Hz，各个力分量的灵敏度均有提高，其中x方向力的灵敏度提高了26.09%。通过实验验证了该设计方案的可行性，该传感器的研制为高速作业机器人用多维力传感器的发展奠定了基础。     

服务机器人小型关节综合性能测试软件设计

介绍了基于Visual C++环境下的服务机器人小型关节综合性能测试机软件设计。小型关节作为服务机器人的重要组成部分，对机器人运动控制起到了关键作用。传统的机器人关节测试机测试参数不全面，需要对关节进行拆分，测试效率低。基于机器人小型关节工作原理设计的综合性能测试机解决了上述难题。测试软件采用模块化的设计方法，完成了测试流程控制、传感器数据采集、力矩电机控制和小型关节通信等工作，提供人机交互界面以及测试结果和数据的显示、保存及再现等功能。可以实现对小型关节传动精度、电参数、机械性能的快速测试，为寻找小型关节最佳工况提供参考，可应用于不同工况下服务机器人小型关节的综合测试。     

ANSYS在腕力传感器结构设计中的应用

腕力传感器是一类重要的机器人传感器,腕力传感器的弹性体结构设计好坏直接影响到传感器的各项指标.由于腕力传感器结构复杂,各输出通道之间往往存在着干扰,通常采用实验的方法来进行标定,但标定的结果往往不够精确.利用所研制的一种新型机器人多维腕力传感器的结构,提出了一种利用有限元分析软件ANSYS对其维间干扰作定量分析的方法,分析结果证实了该传感器弹性体结构设计的合理性.     

基于导电织物的关节弯曲角度测量传感器

柔性电容式拉伸传感器,可用于测量关节弯曲和肌肉拉伸等人体动作,具有低功耗,线性度高等优点,作为新一代可穿戴传感器在运动检测、医疗康复领域具有广泛应用前景。但现有电容式拉伸传感器存在应变灵敏度(Gauge Factor, GF)不高的缺点,导致在关节微小弯曲测量方面精度较低。针对此,提出了一种基于无机硅胶和导电织物的分段式结构柔性电容式应变传感器。传感器采用不同杨氏模量硅胶设计了非线性结构的介电弹性体,并以柔性导电布作为电极。同时,建立了传感器的关节弯曲角度感知模型。实验结果表明,该传感器由于采取了分段式结构设计,因此稳定性好,提高了在中等应变情况下(0～50%)的应变灵敏度因素(GF=1.5)。将其安装于手套上测试,弯曲角度预测模型能够对关节弯曲角度进行较好的预测。该柔性电容式应变传感器制作工艺简单,可低成本大规模制造。其分段式结构设计与角度传感模型适用于医疗康复训练和机器人操控等创新应用。     

力矩传感器的设计及其在操作臂上的应用

研究操作臂的关节力矩传感器,首先讨论传感器的弹性体的设计,介绍材料的选择和结构的设计,通过有限元计算分析传感器的应力分布情况,确定应变片最佳粘贴位置。然后讨论传感器的信号处理电路的设计,利用标定装置对传感器进行静态标定,通过分析获得传感器的灵敏度、线性度、迟滞等性能指标。最后,将传感器安装在实验室开发的操作臂上,利用力矩传感器及时检测操作臂与周围环境发生的碰撞,证明了力矩传感器能够有效地提高操作臂与人交互的安全性。     

协作机器人关节力矩传感器的设计与研究

提高协作机器人的力交互性必须提升机器人关节力矩测量的精确性,利用谐波减速器柔轮应变设计了一种关节力矩传感器.首先分析并建立柔轮的应变模型,基于应变电测技术,研制了物理样机.其次利用傅里叶变换对关节力矩传感器的输出信号进行分析,建立了传感器力矩信号直流分量与负载力矩之间的关系.测试结果表明:研制的关节力矩传感器具有较高的...     

机器人腕力传感器弹性体应力分析

建立了机器人腕力传感器弹性有限元计算模型，分析传感器弹性体在种种工况下的应用分布规律，为改进传感器弹性体设计，实现弹性体的ＣＡＤ进行前期的准备。     

一种小型光电式力传感器的研制

以扑翼飞行机器人飞行动力性能测试应用为目标,研究了一种高灵敏度小型(满量程50N)力传感器的设计方法.基于红外光电二极管具有响应速度快、线性范围宽、安装方便、接口电路简单等特点,设计了一种光电式力传感器.对设计的弹性体进行了力-应变有限元分析,试制了传感器样机并进行了传感器静态性能测试.测试结果表明,设计制造的光电式力传感器的非线性度小于0.3％,具有较高的综合性能.     

数字化细分方法在EPS扭矩传感器中的应用

根据所设计的一种磁电式相位差式EPS扭矩传感器的结构以及EPS扭矩传感器的工作环境,提出将数字化细分方法应用与此扭矩传感器;通过数字化细分方法测量传感器扭杆弹簧两端的角度间接地测量相位差;最后搭建了一个测量角度的原趔机对此方法进行测试,测试结果表明角度的测量精度可达0.1°,从而其扭矩测量精度也可达到0.64nm,能够满足EPS系统的控制精度要求.     

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.     

基于虚拟仪器的动态扭矩测试系统的研究

针对目前国内动态扭矩测试存在的问题,提出了一种新的测试动态扭矩的方法:介绍了一动态扭矩加载器装置的结构原理,用其对扭矩传感器进行了在线实时校定,基于LabVIEW测试平台,采用虚拟仪器的思想,用校定后的传感器对动态扭矩进行实时测试。这种测量方法提高了系统的可靠性和测试精度,而LabVIEW软件测试平台则减少了复杂的硬件设备,实现了对信号的实时采集显示。测量实例的应用证实了此方法的可行性和实用性。     

面向足式机器人的新型可调刚度柔性关节的设计及性能测试

为提高足式机器人的运动适应能力,为其设计了一款具有刚度连续调节功能的新型柔性旋转关节.通过研究杠杆机构输出刚度与传动比的对应关系,提出以变传动比杠杆机构作为核心部件进行可调刚度柔性关节的设计.文中对关节的结构以及关节驱动方式等进行了紧凑化设计,以满足足式机器人系统对体积及重量的要求.在设计中通过分析关节输出刚度系数与关节相关结构参数之间的关系,为关节输出刚度调节选择了较为敏感的参数调节范围,提高了刚度调节的灵敏性.在此基础上,通过开展机构运动学分析,确定了关节机构的理论刚度输出固有特性.关节样机测试表明,该调节机构能够实现关节输出刚度的调整和有效控制,该关节在结构设计以及功能方面均可以满足在足式机器人腿部结构中的应用需求.     

高拉扭比的复合式传感器研究

针对薄壁微管拉扭试验中载荷测试的特殊需求,研制了一种基于薄梁拉—弯变形的具有对称一体化结构的高拉扭载荷比复合式传感器。采用有限元法分析了传感器弹性体在拉力、扭矩以及拉扭复合载荷下的应力和应变分布,优化了弹性体尺寸参数、应变片的粘贴位置和检测电路。实验表明,传感器具有结构合理,灵敏度高,刚度大,拉扭耦合小,加工工艺简单,重复性好的特点,实现了高拉扭比试验的高精度载荷测量。     

基于虚拟仪器的动态扭矩测试系统的研究

针对目前国内动态扭矩测试存在的问题,提出了一种新的测试动态扭矩的方法：介绍了一动态扭矩加载器装置的结构原理,用其对扭矩传感器进行了在线实时校定,基于LabVIEW测试平台,采用虚拟仪器的思想,用校定后的传感器对动态扭矩进行实时测试.这种测量方法提高了系统的可靠性和测试精度,而LabVIEW软件测试平台则减少了复杂的硬件设备,实现了对信号的实时采集显示.测量实例的应用证实了此方法的可行性和实用性.     

QFa型环形桥式传感器

介绍了环形桥式传感器基本结构及其工作原理,重点进行了弹性体的受力分析、主要结构参数的设计计算,还对传感器的特点、技术参数、典型品种测试结果作了一般介绍。     

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。