多維力傳感器的信號采集與標定技術研究.pdf

1、多維力傳感器是用于測量空間中復合力與力矩的設備，并廣泛應用于工業(yè)制造、航空航天、康復醫(yī)療等領域。多維力傳感器存在的維間耦合的特性，使得單維力傳感器的信號采集與標定技術并不適用于多維力傳感器。多維力傳感器在未解耦時主方向誤差小于1％，耦合誤差大于10％，可見維間耦合已經(jīng)成為制約高精度多維力傳感器設計的主要因素，因此研究多維力傳感器的信號采集與標定解耦技術是研制高精度多維力傳感器的基礎。
　　本文針對國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，并結(jié)合項目的需要，

2、研究了基于十字彈性梁結(jié)構的三維力與六維力/力矩傳感器的測力方法，完成了應變片測力方案，將多維力或力矩轉(zhuǎn)換成電壓信號輸出，并設計完成了具有放大、調(diào)零功能的信號調(diào)理電路。編寫了具有卡爾曼濾波功能的數(shù)據(jù)采集標定軟件，并能夠?qū)硕ǖ臄?shù)據(jù)進行保存與管理。
　　分析并設計了三維力傳感器的最優(yōu)標定方案，并采用三維空間劃分的方法對每個區(qū)域建立帶有編號的解耦方程組，將采集的三維力傳感器輸出電壓編號，并將電壓帶入編號相同的解耦方程組，完成解耦。通過分

3、析表明，與傳統(tǒng)的解耦方法相比，本文提出的解耦方法能夠得到更高的解耦精度。
　　為了能夠?qū)崿F(xiàn)中、小量程的六維力/力矩傳感器標定，設計了一種可變力臂的標定裝置及規(guī)范的標定方法。利用ANSYS軟件對標定裝置進行了強度校核，最后對標定裝置進行人工調(diào)校，并確定了標定裝置各個維度主方向的誤差小于1.22×10-2％，總耦合誤差小于0.106％。
　　用所設計的標定裝置對六維力/力矩傳感器進行標定，驗證標定裝置設計的合理性。由標定的數(shù)據(jù)分