一种新型自解耦六维力/力矩传感器结构设计与优化

针对多维传感器广泛存在维间耦合效应,精度难以提高的问题,设计了一种具有自解耦特性的新型六维力/力矩传感器.采用有限元法对该传感器弹性体进行静力分析,研究了结构在不同工况下的应力应变分布.基于结构变形特点,对特征点位置和布片组桥方式进行了优化.同时也对结构进行了维间耦合分析,验证了该新型传感器具有耦合效应低的优点,提高了传感器的精度,具有较好的应用前景.     

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。     

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。     

六维力传感器静态解耦算法及静态标定的研究

耦合误差严重影响着六维力传感器的精度,标定试验的准确性对提高六维力传感器的精度也是必不可少的。本文针对传感器输出电压正负方向拟合函数不同提出了一种基于耦合误差和分段拟合建模的六维力传感器解耦算法。用十字梁结构的传感器进行标定试验,将得到的标定数据应用于解耦算法中。通过标定数据验证了基于耦合误差和分段拟合的静态解耦算法性能的优越性。     

多维加速度场中六维力传感器惯性耦合特性研究

六维力传感器的特殊结构决定了各维间耦合存在的必然性,在多维加速度场六维力测试环境中,传感器惯性质量分布又加重了耦合的程度。本文针对多维加速度场中六维力传感器惯性耦合效应,建立传感器力学解析模型和弹性体的应力—应变关系,采用有限元方法(FEM)仿真,分析了多维加速度场中惯性力学特点与耦合效应本质特征,为加速度场中六维力传感器主动设计和惯性耦合补偿提供理论参考依据。     

Stewart六维力传感器解耦算法优化

为满足六维力传感器的高刚度要求,使用固支约束代替铰约束。通过对传感器样机单维加载获得的标定数据进行处理,发现在使用求解标定矩阵或BP神经网络训练的方法时,分别存在维间耦合较大和多维加载误差极大的问题。对此提出一种新的思路,即在标定时同时进行单维加载和多维加载。之后使用上述两种方法进行解耦,对比发现,对新的方法,在使用BP神经网络的方法解耦时,将最大误差降低到了2.27%,证明该方法能够同时解决六维力传感器的维间耦合问题和多维加载问题。     

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%。     

一种新型四维加速度传感器研究

针对高档数控机床动态振动特性的健康监测需要,提出并研究了一种单惯性质量块的压电式四维加速度传感器。介绍了传感器的结构和工作原理,推导了其数学模型,运用ANSYS有限元软件对传感器的静态灵敏度、维间耦合和动态固有频率、维间耦合等特性进行了仿真研究。研究结果表明:该四维加速度传感器能够实现四维加速度的传感,线性度好、刚度高、理论固有频率大于25kHz,无静态维间耦合,低动态维间耦合,满足传感器的设计目标。     

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。     

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。     

高灵敏度三维力矩传感器设计与标定

为测量三维力矩并解决维间耦合问题,设计了一种测量微小力矩的电阻应变式传感器。分析了传感器电阻应变计组桥方案抑制维间力矩耦合的原理。通过有限元方法仿真计算出节点应变,实现传感器高灵敏度的目标。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。实验表明:此传感器具有好的静态性能,线性度都控制在1%之内,迟滞误差也控制在0.12%以下。     

多维力传感器耦合分析及解耦方法的研究

耦合现象普遍存在于多维力传感器中,多维力传感器输出如不经过解耦,数据直接应用到机器人操作中,会导致机器人的误操作.针对存在的耦合现象,本文首先分析了多维力存在的耦合原因,根据产生原因将耦合分为两种形式:结构耦合和误差耦合,然后提出了一种新的解耦方法-基于线性神经网络解耦方法,与传统解耦方法相比,该方法大大提高了解耦合精...     

一种新型六维加速度传感器原理研究

为克服现有六维加速度传感器的不足,提出并研究了一种单惯性质量块的压电式六维加速度传感器。介绍了传感器的结构和工作原理,推导了其数学模型,运用ANSYS有限元软件对传感器的灵敏度、维间耦合度、固有频率等特性进行了仿真研究。研究结果表明：该六维加速度传感器能够实现6维加速度的传感;各维间的耦合属于线性耦合,可通过简单的矩阵运算予以完全解耦;固有频率有望比现有3维线加速传感器或3维角加速度传感器提高3倍以上。     

基于旁路结构的磁弹效应索力传感器研究

针对磁弹效应索力传感器工程应用安装与维护技术难题,提出了一种旁路结构的磁弹性索力传感器。应用磁路定律和等效磁路法,对套筒式结构传感器进行磁路系统分析;基于等效磁路原理,设计旁路式结构索力传感器,给出器件结构参数尺寸;搭建相应的传感器试验检测系统,在WDW-300拉伸试验机上对两种传感器进行磁电复合材料诱导电压与拉力比较试验。对旁路结构索力传感器进行抗温性试验研究。结果表明,旁路结构索力传感器检测精度高,重复误差0.02%~0.5%,传感器性能稳定性和温度适应性好,适合于大跨度桥梁结构健康检测的工程应用。