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。     

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。     

2-维应变式力传感器的优化设计

介绍一种2-维力传感器的新结构和独特的贴片位置,分析了不同结构以及该结构关键尺寸的变化对传感器性能的影响。以获得贴片区域最大的应变量为目标,通过结构静力分析和模态分析对传感器的结构进行优化设计。传感器量程为±5N,分辨力达到2mN,实验表明该传感器具有很好的性能。     

基于改进势场的有向传感器网络路径覆盖增强算法

路径覆盖是无线传感器网络目标监控领域的一个热点研究问题,在分析节点主感知方向可调模型的基础上,提出了一种基于改进势场的有向传感器网络路径覆盖增强算法(improved potential field based path coverage-enhancing algorithm,IPFPCA).该算法针对传统虚拟势场可能出现的局部极小导致覆盖增强失败问题设计了一种改进的势场函数,通过将相邻传感器节点对路径轨迹点的共同覆盖率引入到斥力计算中,有效引导节点的主感知方向调整,从而达到路径的高效覆盖.实验结果表明:对比已有的路径覆盖增强算法,IPFPCA可以消除节点的感知重叠区和盲区,最终实现网络路径的高效覆盖.     

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.     

基于多维力传感器的手写信息采集系统设计

针对传统手写信息采集系统存在的信息获取不全面的弊端,设计了一种基于多维力传感器的手写信息采集系统,给出了系统的总体框架.系统以多维力传感器为核心,不仅实现了对手写过程静态轨迹信息的获取,同时实现了对手写多维力信息的获取.整个系统由用户接口模块、数据采集模块和数据处理模块组成,分析了各模块的设计思想和工作原理,并基于WinCE系统开发了一种手写信息采集系统.实验证明：该系统工作稳定,性能优良,实现了对手写过程中力和位置信息的全面获取.     

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...     

一种差动输出石英谐振式力传感器研制

介绍了一种具有差动输出石英力传感器,该传感器由轮辐式弹性结构和2只石英力敏谐振器组成。利用分别位于正负应力区2只力敏元件感知作用力的大小,进而进行差动输出,以实现零点温漂与时漂自补偿。分析了弹性梁的结构特性;介绍了双端音叉石英力敏谐振器的结构、力学特性及力传感器的制作过程。对传感器进行了静态测试,结果表明:传感器测量范围为0～300N,静态精度为0.05%。     

C形腿测力传感器安装方法及动态特性的研究

为研究六足仿生沙基机器人的C形腿在松软颗粒介质上行走时,C形腿轮壤作用正应力和切应力变化规律,C形腿的地面支持力和挂钩牵引力与轮壤作用正应力和切应力之间的关系,设计制作了C形腿机器人环形试验台。对C形腿轮轴的三维力传感器,轮缘上的正应力和切应力传感器的选择、安装及测量方法,动态响应和传感器自重等对测量结果的影响进行了研究。给出了动态安装三维力传感器的方法。测试了应力传感器的动态响应,给出了其传递函数,分析了应力传感器动态延时对C形腿轮缘线速度的限制。分析了悬臂梁传感器作为应力传感器时,其自重和离心力对测量结果的影响,推导了自重和离心力产生的附加值的计算公式。     

基于ANSYS的压电四维力传感器一种优化设计方法

在压电式多维力传感器设计过程中,传感器结构对性能的影响难以准确把握,提出一种基于ANSYS的传感器优化设计方法.把不同切型的石英晶片按照特定的双环结构排列实现空间四维力的测量.运用ANSYS有限元软件,研究压电式四维力传感器弹性膜对传感器灵敏度与固有频率的影响规律.分析结果表明:该方法能够有效的平衡传感器灵敏度与固有频...     

Design of an optical soft sensor for measuring fingertip force and contact recognition

Among the various ways to estimate user intention in hand exoskeletons, a contact force measurement is definitely the most straightforward and intuitive method. A force sensor, located at the center of a fingertip usually, hinders the tactile sensation of the user by blocking the contact between an object and the fingertip. To overcome this problem, a soft force sensor with horse shoe shape is utilized to measure the contact force and provide the tactile sensation to the user. This work presents the mechanical design, implementation and evaluation of a soft fingertip force sensor. To maximize tactile sensation of the user, we adopted a horse shoe shape structure to leave the finger pad exposed. An optical sensing mechanism was selected for its relatively fast response compared to other soft sensors. The whole sensor system has a soft exterior providing flexibility and a user-friendly interface. To evaluate the sensor’s performance, we carried out sensor optimization process and calibration experiment with a customized test bed. Then, we investigated both static and dynamic response and observed the mechanical behavior and light intensity changes caused by the cross sectional shape and base/agent ratio of PDMS. Lastly, we applied the proposed sensor to the glove type fingertip force monitoring system. The sensor estimates the index finger tip force with high accuracy (R ² = 0:96) within 5N range.     

压电陶瓷传感器的灵敏度温漂误差补偿研究

针对微测系统中压电陶瓷传感器的灵敏度温漂会使其在变化的温度环境中工作时性能不稳定,进而影响检测精度问题,提出了一种基于改进Elman神经网络的压电陶瓷传感器灵敏度温漂误差补偿控制方法。分析了压电陶瓷传感器产生灵敏度温漂现象的原因。以压电陶瓷切削力测量传感器为对象,在不同温度下对传感器的灵敏度进行了标定试验研究。研究结果表明,压电陶瓷传感器在同一温度下工作时具有良好的线性度,在温度变化的环境中工作会伴有灵敏度温漂现象。为了有效补偿灵敏度温漂附加误差,提高检测精度,建立了基于改进Elman神经网络的灵敏度温漂补偿模型,并对模型涉及的学习算法、激励函数、输入输出层节点以及承接层和隐含层节点数等相关内容进行了研究。对比试验验证结果表明,所建立的灵敏度温漂补偿模型对压电陶瓷传感器的灵敏度温漂误差补偿控制效果明显,未经灵敏度温漂补偿,直接按照常温下灵敏度标定结果预测的压电陶瓷传感器加载力和实际加载力之间误差较大,最大误差达到29.16 N,利用本文建立的基于改进Elman神经网路灵敏度温漂补偿模型补偿后,补偿模型的预测力和压电陶瓷传感器的实际加载力最大误差仅0.72 N,有效保证了检测精度。     

一种三维柔性力传感单元的设计与实验

设计一种敏感单元为正四面体结构的三维柔性力传感器,对传感器进行受力分析,建立传感器单元受力的数学模型,利用有限元仿真验证上述分析过程的合理性,并通过试验系统对传感器进行标定和验证,测试结果利用BP神经网络进行解耦,结果表明该传感器能够实现0~11 N量程的三维力检测.     

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。     

基于虚拟力的混合感知网节点部署

感知网一般是由静态的或移动的节点组成,为保证感知网的感知功能,节点应该有自部署和自修复能力.然而全部由移动传感器组成的感知网的成本太高,为保证感知网的覆盖功能和低成本,提出了一种在静态传感器节点中加入移动传感器节点的混合感知网形式.为了更好地部署这些节点,最大化覆盖待感知区域,提出了一种基于节点间虚拟力的移动节点部署方法,利用静态节点和移动节点以及移动节点之间的虚拟人工势场产生的作用力来控制移动节点的运动,使移动节点能够在较短的时间内,以较少的能量消耗到达自己合适的位置.在理论上分析了算法的可行性,用仿真实验验证了此算法的有效性,并和其他3种类似算法进行了性能比较.     

机器人智能碰撞传感器的设计与仿真

为了提高机器人手部发生触碰时的安全防护性能,在触碰的瞬间能实现急停,确保设备和人员的安全,设计了一种具有惯性检测的电磁伺服型高灵敏度碰撞传感器,主要采用"惯性感知+电磁伺服"的方式,动态剔除惯性力成分,使碰撞传感器仅对碰撞力反应,提高了机器人手部的触碰灵敏度.计算表明:碰撞触发力的阈值由24.73 N降低到了12.88 N;相比传统的碰撞传感器,其灵敏度大幅提高,进一步提高了机器人的安全防护性能,具有一定的理论价值与工程应用价值.     

A dielectric-based combined horizontal sensor for on-the-go measurement of soil water content and mechanical resistance

Precision agriculture is drawing widespread attention and increasing interest in the use of on-the-go sensors to extract soil and plant information. This new trend is evident from an increased number of (tillage) studies concerning the development of sensors for measuring physical soil properties. In this study, a new dielectric-based horizontal sensor was designed and stationary calibrated in pots for measurement of volumetric soil water content. Subsequently, the sensor was combined with a load cell and installed on a tine with thickness of 25 mm, and its dynamic performance was assessed. The load cell behind the tine measures horizontal soil mechanical resistance. In order to evaluate the on-the-go performance of this combined sensor, two experiments were carried out in a soil bin, with the purpose of (i) measuring soil water content along a transect of longitudinally variable water contents, (ii) investigating the difference in horizontal resistance force measured by either the combined (horizontal force and water content) or a single sensor (horizontal force only). The stationary calibration results showed that quadratic equations with coefficients of determination (R²) of 0.989 and 0.918 could be fitted to the data points obtained from measurements in soil bulk densities of 1.5 and 1.2 g cm⁻³, respectively. The results of the soil bin experiments indicated that the response of the dielectric sensor to soil water content variations was reasonable, but that the output voltage of the sensor should be amplified for a better sensitivity and resolution. The presented combined sensor can provide useful information on soil physical properties towards site specific applications in soils.     

基于等强度梁的声表面波力传感器研究

分析了声表面波（SAW）力传感器加载后，频率稳定性变差的原因．设计了一种新型的采用等强度梁的力传感器，并通过采用特殊的器件封装方法达到了既保护了表面电极又不影响传感器灵敏度的目的。给出了该传感器的频漂实验和力-频特性实验结果。     

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。