一种用于微型六维力传感器的集成式应变计设计

为实现六维力传感器的微型化与集成化,提出了一种新型的集成式应变计．该应变计由6组敏感栅组成,可与薄壁圆筒型弹性体组成微型六维力传感器．文中介绍了信号调理电路和数字化电路的组成．采用微型数字信号处理器和刚柔结合的电路板实现了传感器的电路集成．对传感器进行了静动态标定并分析了实验结果．     

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...     

六维力传感器发展中的几个问题

本文对六维力传感器性能进行了全面的分析和讨论，提出了今后研究方向，并对过载保护，动态性能的有关因素，以及弹性体结构形式的优劣首次提出了判据。     

Stewart六维力传感器优化设计

对Stewart六维力传感器进行了优化设计分析,在有限元分析的基础上,通过球头球窝结构、十字槽结构以及圆环内嵌十字梁结构等形式,增强了传感器整体的抗耦能力。同时,对优化前后的传感器进行了试验比对,在一维加载时,传感器的最大误差由3.28%减小到0.41%;在三维加载时,最大误差由4.76%减小到2.22%。从以上的数据可以看出:改进后的设计更加合理,提高了传感器的精度。     

一种新型工业机器人六维力传感器设计研究

采用理论分析和数值模拟方法研究新型结构传感器的可行性和力学特性.提出一种新型应变片式六维力传感器结构,运用电学理论阐述其测量原理,并借用数学方法分析其结构解耦特性.经合理简化,并对弹性球铰做等效处理,在Hyperworks中生成传感器各组构MNF,导入Adams/View后建立传感器仿真模型.分别在不同力和力矩工况下进行力学仿真,获得了传感器各部分的响应特性.理论分析和仿真结果表明:该结构测量方法合理可行,且力学性能较好.     

一种新型平板式压电六维力/力矩传感器及仿真实验

针对弹性体式六维力/力矩传感器存在的瓶颈矛盾,提出了一种新型平板式压电六维力/力矩传感器.首先,介绍了传感器的结构和工作原理.然后,推导了传感器的数学模型,建立了传感器的有限元模型.最后,得到了传感器输出的电荷灵敏度、维间干扰、固有频率、载荷传递系数、退耦矩阵等重要参数.研究结果表明:传感器结构简单合理、数学模型正确、...     

一种Stewart结构六维力／力矩传感器参数辨识研究

介绍了一种大量程Stewart结构六维力／力矩传感器系统．建立了传感器力／力矩测量数学模型,构建了基于运动学逆解的优化目标函数．提出了一种新的参数标定法,称作分支轮换标定法．基于所研发的六维力／力矩传感器系统进行了实验研究,实验结果表明分支轮换法可以有效地辨识出传感器的结构参数,提高了测量精度．该方法可用于类似结构的六维力／力矩传感器参数标定．     

Stewart六维力传感器解耦算法优化

为满足六维力传感器的高刚度要求,使用固支约束代替铰约束。通过对传感器样机单维加载获得的标定数据进行处理,发现在使用求解标定矩阵或BP神经网络训练的方法时,分别存在维间耦合较大和多维加载误差极大的问题。对此提出一种新的思路,即在标定时同时进行单维加载和多维加载。之后使用上述两种方法进行解耦,对比发现,对新的方法,在使用BP神经网络的方法解耦时,将最大误差降低到了2.27%,证明该方法能够同时解决六维力传感器的维间耦合问题和多维加载问题。     

一种新型自解耦六维力/力矩传感器结构设计与优化

针对多维传感器广泛存在维间耦合效应,精度难以提高的问题,设计了一种具有自解耦特性的新型六维力/力矩传感器.采用有限元法对该传感器弹性体进行静力分析,研究了结构在不同工况下的应力应变分布.基于结构变形特点,对特征点位置和布片组桥方式进行了优化.同时也对结构进行了维间耦合分析,验证了该新型传感器具有耦合效应低的优点,提高了传感器的精度,具有较好的应用前景.     

基于时间函数的并联六维力传感器量程设计

针对并联六维力传感器设计与制造过程中面临的解耦计算复杂、量程确定困难、实用性不强等问题,应用螺旋理论,推导了其受六维外力向测量分支反作用力的映射矩阵;基于工程实际,提出并建立了并联六维力传感器测量分支作用反力的时间函数模型;提出了一种在特定工作环境下测量分支量程的确定方法.以Stewart并联结构为例,针对曲面打磨作业,确定了其测量分支的量程,验证了时间函数模型的正确性和可行性.研究内容对提高并联结构六维力传感器的工程应用性有重要的实践价值.     

六维力传感器下E膜小生境野草EKF滤波研究

为减小噪声信号对六维力传感器测量精度的影响,同时解决因主振型信息缺失导致扩展Kalman滤波器难以获得最优系统估计的问题,提出一种基于小生境野草算法优化的扩展卡尔曼滤波（NIWO-EKF）算法。算法根据正弦激励力响应与应变之间的关系,构建六维力传感器下E型膜非线性系统模型。将系统干扰矩阵与控制矩阵视为一个整体,引入野草繁殖思想,以前6阶主振型信息构成的综合矩阵为均值,进行高斯采样,产生初始化的可行解。将小生境技术与野草算法相融合,利用野草算法进行全局搜索,根据适应度的大小对个体进行降序排列,按照小生境容量划分出多个种群协同合作,避免搜索过程陷入局部最优,提高算法的寻优精度和收敛速度。采用改进野草算法对EKF中的系统干扰控制矩阵进行优化处理。仿真实例表明,优化后的扩展卡尔曼滤波器能有效地提高六维力传感器的测量精度,具有很好的鲁棒性和稳定性。     

一种基于双E型膜片的微小六维力传感器的设计

基于双E型膜片结构的六维力传感器用于常规环境下的机器人操作已有成熟应用,探讨将该结构应用于微纳环境下的机器人操作的可能性。首先介绍了该弹性体结构的测力原理,并用有限元分析软件对弹性体的静态和动态特性进行了仿真。结果表明此种结构的六维力传感器可在微纳环境下测力,并具有各向灵敏度高、线形好、维间耦合小等优点。     

大量程六维力传感器设计与标定研究

为提高大量程六维力传感器的灵敏度,设计了一种适用于机械臂末端的应变式传感器.该传感器采用十字梁式弹性体结构,通过优化应变梁结构和合理布置应变片等方式,使传感器在大量程条件下仍具有较高的刚度和灵敏度.使用有限元法分析验证了传感器应力分布的合理性,并根据最小二乘法标定原理对传感器进行解耦标定实验,实验结果表明:传感器静态性能良好,最小灵敏度为0.375 mV/N,满足使用要求.     

自适应Kalman滤波修复六维力传感器下E膜模型误差

为减小动载环境下,噪声信号对六维力传感器测量精度的影响,同时解决因传感器的简化模型误差较大,导致标准Kalman滤波无法获取最优估计的问题,提出一种双因子自适应Kalman滤波算法。算法根据正弦激励力响应和应变之间的关系,建立了下E型膜有色噪声增广状态模型。在标准Kalman滤波的基础上,分析了两种模型误差对滤波效果的影响,采用实时调整状态预测在滤波估计中权重的策略,给出了自适应Kalman滤波准则及递推公式。基于正交性原理和最小二乘法准则,利用三段函数模型构造了双重自适应因子。仿真实例表明,与标准Kalman滤波与强跟踪滤波相比,所提算法具有更好的估计精度和稳定性,能够有效地控制模型误差的影响,从而提高六维力传感器的测量精度。     

六维腕力传感器非线性正解耦方法设计

多维力传感器利用其多个转换单元完成测量加载于其结构上未知负载的作用效果,解耦是其设计的重要组成部分。针对传统静态线性解耦方法的不足,试图将传统线性解耦方程扩展为多项式结构,受其多元高次方式通解形式的启发,构造了一种多项式非线性静态正解耦方程,该方法无需传统线性解耦方法中的曲线拟合、逆解,不依赖以系统是线性为前提,且方程可以扩展成任意结构的多项式。实验结果表明:该方法能降低输出耦合误差。     

基于旁路结构的磁弹效应索力传感器研究

针对磁弹效应索力传感器工程应用安装与维护技术难题,提出了一种旁路结构的磁弹性索力传感器。应用磁路定律和等效磁路法,对套筒式结构传感器进行磁路系统分析;基于等效磁路原理,设计旁路式结构索力传感器,给出器件结构参数尺寸;搭建相应的传感器试验检测系统,在WDW-300拉伸试验机上对两种传感器进行磁电复合材料诱导电压与拉力比较试验。对旁路结构索力传感器进行抗温性试验研究。结果表明,旁路结构索力传感器检测精度高,重复误差0.02%~0.5%,传感器性能稳定性和温度适应性好,适合于大跨度桥梁结构健康检测的工程应用。     

A new silicon gas-flow sensor based on lift force

This paper presents the first silicon-flow sensor based on lift force. The sensor is a bulk-micromachined airfoil structure that uses the lift force as a sensing principle. The lift force acts normal to the flow in contrast to drag-force sensor types, where the force acts in the flow direction. The sensor utilizes the special distribution of the lift force along the length of the sensor structure. Since the sensor, like an airfoil, is mounted at a small angle to the flow, it induces very little flow disturbance. The sensor consists of two plates connected to a center beam. Each plate is 5×5-mm square with a thickness of 30 μm. The flow-induced forces deflect the two plates in the same direction, but with different magnitude. The deflections are detected by polysilicon strain gauges. The differential mode bridge makes the sensor insensitive to common mode deflection, e.g., acceleration forces. The lift-force principle is characterized using fundamental airfoil theory. The sensor has been experimentally verified, and a flow sensitivity of 7.4 μV/V/(m/s)² has been measured in both flow directions