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

1、多維力傳感器的信號處理和解耦算法的研究是實現(xiàn)多維力傳感器智能化重要途徑,是提高傳感器測量精度的主要方法。本文結(jié)合國家自然科學(xué)基金項目“仿人多指手的多維指尖力感知和同步控制”(課題編號:51175106),針對多維力傳感器傳統(tǒng)的惠斯通信號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)變檢測電路和從運動復(fù)原形狀的在線標(biāo)定方法的研究,最后實現(xiàn)了基于PICOSTRAIN應(yīng)變檢測電路的微型六維力傳感器的機電一體化集成設(shè)計,

2、并利用從運動復(fù)原形狀的方法對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內(nèi)外研究現(xiàn)狀,重點介紹了多維力傳感器在信號處理電路和解耦、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和應(yīng)用前景。
　　其次,針對多維力傳感器傳統(tǒng)的惠斯通處理方法復(fù)雜、采集精度低等問題,研究了基于PICOSTRAIN原理的數(shù)字化應(yīng)變測量技術(shù),通過電容將應(yīng)變電阻變化轉(zhuǎn)化為RC網(wǎng)絡(luò)的充放電時間,它采集時間等數(shù)字量,

3、抗干擾能力強,具有較高的測量精度,同時應(yīng)用PICOSTRAIN原理測量整個系統(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。接下來基于PICOSTRAIN原理研究了多維力傳感器信號采集方法,多維力傳感器信號采集電路可以同時采集多達(dá)8路的應(yīng)變信息,處理電路簡單,易于實現(xiàn)電路的微型化設(shè)計。
　　再次,針對六維力傳感器傳統(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)定的問題,提出了一種基于從運動復(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。該方法對傳感器的原始輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行奇異值分解,初始估計力運動矩陣和形狀矩陣,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)定實驗平臺,分別用新方法和最小二乘法對JR3傳感器進(jìn)行了標(biāo)定和解耦,實驗結(jié)果表明,結(jié)合復(fù)合型算法的從運動復(fù)原形狀的解耦方法具有較高的精度。
　　最后針對設(shè)計的外徑21mm、高22mm的微型六維力傳感器,實現(xiàn)了基于PICOSTRAIN應(yīng)變檢測原理的