六維力傳感器的數(shù)字化應(yīng)變檢測(cè)及在線標(biāo)定研究.pdf

1、多維力傳感器的信號(hào)處理和解耦算法的研究是實(shí)現(xiàn)多維力傳感器智能化重要途徑,是提高傳感器測(cè)量精度的主要方法。本文結(jié)合國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“仿人多指手的多維指尖力感知和同步控制”(課題編號(hào):51175106),針對(duì)多維力傳感器傳統(tǒng)的惠斯通信號(hào)處理電路和最小二乘解耦方法存在的弊端完成高精度的PICOSTRAIN應(yīng)變檢測(cè)電路和從運(yùn)動(dòng)復(fù)原形狀的在線標(biāo)定方法的研究,最后實(shí)現(xiàn)了基于PICOSTRAIN應(yīng)變檢測(cè)電路的微型六維力傳感器的機(jī)電一體化集成設(shè)計(jì),

2、并利用從運(yùn)動(dòng)復(fù)原形狀的方法對(duì)微型六維力傳感器的進(jìn)行了標(biāo)定和解耦。
　　首先,文章分析了應(yīng)變式六維力傳感器的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀,重點(diǎn)介紹了多維力傳感器在信號(hào)處理電路和解耦、標(biāo)定方法方面的研究現(xiàn)狀,總結(jié)出多維力傳感器的研究特點(diǎn)和應(yīng)用前景。
　　其次,針對(duì)多維力傳感器傳統(tǒng)的惠斯通處理方法復(fù)雜、采集精度低等問(wèn)題,研究了基于PICOSTRAIN原理的數(shù)字化應(yīng)變測(cè)量技術(shù),通過(guò)電容將應(yīng)變電阻變化轉(zhuǎn)化為RC網(wǎng)絡(luò)的充放電時(shí)間,它采集時(shí)間等數(shù)字量,

3、抗干擾能力強(qiáng),具有較高的測(cè)量精度,同時(shí)應(yīng)用PICOSTRAIN原理測(cè)量整個(gè)系統(tǒng)的電流消耗包括傳感器在內(nèi)可降低到5mA,很好的將低功耗和高精度特性結(jié)合在一起。接下來(lái)基于PICOSTRAIN原理研究了多維力傳感器信號(hào)采集方法,多維力傳感器信號(hào)采集電路可以同時(shí)采集多達(dá)8路的應(yīng)變信息,處理電路簡(jiǎn)單,易于實(shí)現(xiàn)電路的微型化設(shè)計(jì)。
　　再次,針對(duì)六維力傳感器傳統(tǒng)標(biāo)定方法需要精確施加大量的負(fù)載力、只能進(jìn)行離線標(biāo)定的問(wèn)題,提出了一種基于從運(yùn)動(dòng)復(fù)原形

4、狀結(jié)合復(fù)合型算法的在線標(biāo)定和解耦方法。該方法對(duì)傳感器的原始輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行奇異值分解,初始估計(jì)力運(yùn)動(dòng)矩陣和形狀矩陣,結(jié)合復(fù)合型優(yōu)化算法和已知幾組精確負(fù)載力,得到標(biāo)定矩陣。搭建了JR3傳感器的標(biāo)定實(shí)驗(yàn)平臺(tái),分別用新方法和最小二乘法對(duì)JR3傳感器進(jìn)行了標(biāo)定和解耦,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,結(jié)合復(fù)合型算法的從運(yùn)動(dòng)復(fù)原形狀的解耦方法具有較高的精度。
　　最后針對(duì)設(shè)計(jì)的外徑21mm、高22mm的微型六維力傳感器,實(shí)現(xiàn)了基于PICOSTRAIN應(yīng)變檢測(cè)原理的