一种六维轮力传感器标定分析

针对汽车六维车轮力传感器数值解耦精度不高的问题,设计了标定台架,并对一种新研制的六维WFS进行了标定和解耦,以评估该传感器的性能并研究和完善高精度的解耦方法。讨论和分析了六维WFS的测量原理和解耦理论,通过多向组合加载的方式,获得了传感器各通道对多维耦合力的响应,利用最小二乘法解耦得到了传感器的耦合系数矩阵;并对耦合系数矩阵和耦合率矩阵的特征进行了讨论。研究结果表明,采用多向组合加载结合最小二乘法进行解耦,解决了试验中难以精确施加纯单向力或力矩的困难,能使六维WFS具有更高的测量精度。     

一种三梁结构六维力传感器设计与研究

设计了一种三梁结构六维力传感器,详述了传感器弹性体在各载荷分量作用下应变梁的应变情况,并通过合理的应变片组桥电路将各载荷分量信号转换成电压信号输出。提出了一种简化计算解耦矩阵的方法,最后通过有限元仿真技术施加10组载荷,求解并验证解耦矩阵,结果表明该六维力传感器设计方案和解耦方法完全可行。     

Stewart型六维力传感器的静态解耦实验

本文研究了一种Stewart型机器人六维力传感器的静态解耦实验问题，为该种六维力传感器的实用及其产业化奠定基础，并且介绍了传感器测试原理、标定装置，进行静态标定与解耦实验。实验结果分析表明，该六维力传感器解耦性良好，满程测量精度能达到2％。     

新型并联式六维力传感器及静态性能分析

针对传统并联式六维力传感在分支布局和测量性能上的不足,提出一种分支水平和竖直布置的新型并联式六维力传感器,并对六维力传感器静态性能进行研究。首先介绍了新型并联式六维力传感器的结构特点和测量原理,建立了该传感器的数学模型,基于螺旋理论推导出传感器所施加外力与测量分支轴向力之间的映射关系。推导出六维力传感器线性度和重复性指标,用于评价六维力传感器的静态性能。最后利用传感器样机实验数据验证了所推导性能指标的可能性和有效性。     

一种无线式六维力传感器的研制

针对旋翼系统在旋转状态下的多个维度的力和力矩信息采集的应用背景,设计了一种带有数据无线发送功能的六维力传感器.建立了传感器弹性体的有限元分析模型,确定了应变片的粘贴位置.通过合理的组桥电路设计,将六个维度的力和力矩以电压信号的方式反馈出来,并设计了相应的信号处理电路使其满足A/D采集模块的范围电压.最后将整个硬件电路以...     

Stewart型六维力传感器弹性体结构的设计

对六维力/力矩传感器弹性体结构进行了分析;提出了基于Stewart平台的球铰接分体式弹性体的设计方案;根据力的叠加原理对传感器分别施加单轴力,分析得到最大受力杆;并利用Matlab软件分析计算系数转换矩阵,得到施加的力与六维力之间的转换方程;调整上下平台夹角α、β及杆长L等参数,对传感器结构参数进行优化设计,得到设计数据表;为Stewart六维力传感器结构参数的选择及优化提供了参考依据。     

预紧式Stewart结构六维力/力矩传感器

针对六维力/力矩传感器测量量程受限问题,提出一种具有分载测量功能的预紧式Stewart结构六维力/力矩传感器.首先,对比传统Stewart结构力/力矩传感器,阐述了预紧式六维力/力矩传感器的结构特点和测量原理.然后,完成了预紧式Stewart结构六维力/力矩传感器的结构设计.建立了传感器的有限元模型,对模型进行了模态分...     

基于新型车轮六分力传感器的汽车道路试验系统设计与研究

提出了一种新的基于无线传输的车轮六分力传感器的设计方法，并依此研匍出一种新型汽车道路试验数据采集与分析系统。该系统能够在真实的行驶工况下对汽车车轮各维载荷及其他重要参数进行实时测量，提供可视化信息，方便研究人员在各种路面环境下对汽车的性能进行基于有效信息的评价和诊断。介绍了车轮六分力传感器的结构设计、整个试验系统的构成以及相关的信号处理和试验情况。试验结果证明了传感器测力的正确性以及整个系统的有效性。     

双E型弹性体六维力传感器矩形梁Kalman滤波研究

双E型弹性体六维力传感器采用组合梁结构对空间6个方向的力和力矩信息进行探测,但其输出信号中不可避免地混合了噪声信号,譬如:电阻应变片通过电流后产生的热噪声,放大电路中电磁元件干扰,高温下弹性体蠕变产生的干扰等,严重地影响传感器的测量精度。为了有效地滤除系统量测噪声,提高传感器分辨率,以六维力传感器矩形梁为研究对象,根据正弦激励力响应与应变之间的关系,构建了系统量测方程。基于时间序列分析法,设计了有色系统干扰白化滤波器,建立了有色噪声系统状态空间模型,推导出有色噪声Kalman滤波公式。实例表明:滤波效果明显,稳定性强,减小了实际的滤波误差,有效地提高滤波精度。     

基于SSA-ELM的双层十字梁结构光纤布拉格光栅传感器三维力解耦

针对三维力传感器维间耦合干扰严重的问题,以双层十字梁结构光纤布拉格光栅三维力传感器为研究对象,提出了基于麻雀搜索算法优化极限学习机(Sparrow Search Algorithm–Extreme Learning Machine,SSA-ELM)的解耦算法.首先,研究了光纤布拉格光栅的传感及测力原理,揭示该三维力传感...     

容错并联式六维力传感器可靠性及冗余分析

针对航空航天、国防装备等领域对高可靠性六维力传感器的迫切需求,提出将容错设计思想引入六维力传感器研究。比较分析了容错并联式六维力传感器与普通Stewart平台式六维力传感器的可靠性,基于故障树分析法(FTA),建立了容错式传感器系统和普通传感器系统的可靠性数学模型,从容错并联式六维力传感器的设计角度,推导出了测量系统失效率的函数。建立了系统可靠性与传感器冗余度的函数关系,并进行了容错并联式六维力传感器冗余分析,得出测量分支数目,提出了容错六维力传感器构型,研制出了传感器样机。     

高灵敏度大量程六维力传感器设计

为满足空间在轨组装望远镜地面装配试验的相关需求,综合考虑六维力传感器的量程、刚度和灵敏度等因素,设计了一种高灵敏度大量程六维力传感器。首先对经典十字梁六维力传感器进行数学建模,通过对比各通道单独作用时,应变梁表面应变和弹性体变形刚度的数学表达式,提出一套提高传感器灵敏度的改进方案;然后对传感器结构进行详细设计,并通过传感器的有限元仿真验证结构方案可行性;最后,对六维力传感器进行加工与标定,得到传感器线重复性误差小于0. 33%FS,力通道测量灵敏度大于0. 83 m V/V,力矩通道测量灵敏度大于2. 6 m V/V。该六维力传感器各项性能优良,目前已应用于在轨组装望远镜地面实验当中。     

虚拟指尖力传感器的建模与实现

为了在灵巧手动力学研究领域提供更多的研究工具,根据真实三维指尖力传感器的原理,运用力传感器弹性体建模的方法,构造了虚拟指尖力传感器的模型。为了求解力传感器模型的弹性体变形量,采用了一种动力学方程数值积分方法。该虚拟指尖力传感器,通过在机器人灵巧手虚拟现实遥操作平台上的运用,实现了对抓取滑动的判断,并验证了模型的精度。最后,基于滑动的判断,系统确定了一种抓取策略,针对虚拟环境中灵巧手的自主抓取问题进行了有益的探索。     

轴向等距分布式外科手术多维力传感器设计

为了精确采集手术机器人的多维作用力,提出了一种轴向等距分布式多维力测量传感器及其解耦方案,根据三条光纤布拉格光栅(FBG)的受力情况通过最小二乘法进行初步解耦,鉴于多种外部因素所造成的传感器输入与输出数据的非线性关系,基于前馈神经网络实现传感器的最终解耦.实验结果表明,所提出的传感器测量精度较高,解耦方法切实有效,能够...     

Effects of temperature and humidity on atomic force microscopy dimensional measurement

The influence of environmental factors on dimensional measurements of atomic force microscopy (AFM) was investigated experimentally. Measurements were taken with environmental control over a whole AFM chamber and a local sample chamber to highlight the influence of working conditions on the instrument itself. Both temperature and humidity were found to have a significant impact on pitch measurements of a two‐dimensional grating. The effect of temperature on the behavior of the microscope itself is generally larger than the thermal expansion or contraction of the sample. The effect of humidity was further determined to be relevant to the scan direction and velocity. For precise AFM dimensional measurements, the possible influences of temperature and humidity must be carefully considered. Microsc. Res. Tech. 78:562–568, 2015. © 2015 Wiley Periodicals, Inc.     

机械解耦自标定并联六维力传感器设计及仿真

针对传统多维力传感器研制后均需繁冗的加载标定这一现状,提出了多维力传感器“自标定”设计理念,通过钢球滚动机械解耦,设计了一种弱耦合全压向力自标定正交并联六维力传感器结构。论证了该六维力传感器的滚动解耦原理,分析了其自标定原理。基于螺旋理论建立了该六维力传感器理想数学模型,计算得到其一阶静力影响系数矩阵。考虑分支弹性变形,基于高次超静定结构力学求解原理,对该六维力传感器进行了受力分析与仿真计算,结合数值算例论证了其自标定特性,从而为该新型六维力传感器的研制奠定基础。     

新型集成三维微力检测微夹持器

提出了一种以压阻检测技术为基础,压电陶瓷为微驱动元件,具有两级位移放大且集成三维微力传感器的微夹持器。采用有限元软件对微操持器放大机构和传感器弹性体进行分析,并给出了传感器的标定方法。实验证明,该传感器具有无耦合、测量分辨率高、线性度好、标定简单的优点,满足了预计的设计要求,传感器最大量程为10 mN,X向与Y向的分辨率均为2.4 μN,Z向的分辨率为4.2 μN;同时也验证了所设计的微夹持器的合理性和实用性,当压电陶瓷驱动电压取200 V时,微夹持器的张合量达到最大值274 μm。     

基于径向基函数神经网络的压电式六维力传感器解耦算法

针对四点支撑结构的压电式六维力传感器线性度差,维间耦合严重的问题,提出了基于径向基函数(RBF)神经网络的解耦算法。分析了耦合产生的主要原因,建立了RBF神经网络模型。通过对六维力传感器进行标定实验获取解耦所需的实验数据,并对实验数据进行处理。然后采用RBF神经网络优化传感器输出系统的多维非线性解耦算法,解耦出传感器的输入输出映射关系,得到解耦后的传感器输出数据。对传感器解耦后的数据分析表明:采用RBF神经网络的解耦算法得到的最大Ⅰ类误差和Ⅱ类误差分别为1.29%、1.56%。结果显示:采用RBF神经网络的解耦算法,能够更加有效地减小传感器的Ⅰ类误差和Ⅱ类误差,满足了传感器两类误差指标均低于2%的要求。该算法有效地提高了传感器的测量精度,基本解决了传感器解耦困难的难题,