一种指尖三维力传感器设计

设计了一种用于仿人灵巧手的指尖三维力传感器,采用十字梁与中心直梁相结合的结构实现对三维力的感知。首先利用ANSYS工具对设计的十字梁弹性体进行静力学分析,通过分析对弹性体的结构尺寸进行了优化,并给出了最佳贴片方案;最后对设计的指尖三维力传感器进行静态标定试验,建立了维间耦合误差模型,利用静态解耦算法对传感器耦合误差进行解耦计算,有效提高了指尖三维力传感器的测量精度。实验结果表明:设计的三维指尖力传感器的测量精度优于2.5%。     

径向基函数神经网络在多维力传感器标定中的应用

维间耦合是制约多维力传感器测量精度的主要因素,为了克服传统线性标定方法的局限性,利用径向基函数（RBF）神经网络强非线性逼近能力进行了多维腕力传感器的静态标定,并将其与最小二乘法和BP神经网络标定法作了比较。以研制的六维腕力传感器为对象进行了实验,结果表明,采用RBF神经网络对多维腕力传感器标定比用最小二乘线性标定有更高的标定精度,网络训练速度则大大快于BP神经网络。这种新方法具有一定的实用价值。     

十字梁结构六维腕力传感器标定研究

分析了十字梁结构六维腕力传感器标定存在的问题,试验表明直接采用传统的最小二乘标定方法存在无法正确解耦或解偶精度低的问题.为此提出了基于径向基函数神经网络的标定方法.试验结果表明:与最小二乘法标定结果相比,该方法可以将解耦精度提高一个数量级;与基于BP神经网络标定结果相比,该方法有较快的收敛速度.     

六维力传感器静态标定系统误差分析

介绍了六维力传感器静态标定系统的构成,分析了标定系统的误差来源,建立了综合误差模型,并针对该误差模型提出了减小误差、提高测量精度的措施。分析结果表明,该静态标定系统的MZ通道的满量程误差为2.48%,其余通道均在2%以下。加载力的方向偏差是六维力传感器标定系统误差的主要来源,标定时应该使用高精度的方向校准设备,减小力的加载误差。     

基于独立分量分析的六维力传感器标定矩阵的校正

为了提高六维力传感器的测量精度,提出了一种基于独立分量分析(ICA)的静态标定方法。作用在上平台的各维力经过六维力传感器后形成混合信号,该方法先对混合信号进行ICA分解,即将其分离成独立的分量,再结合理想源信号恢复出各维真实作用力的排序和幅值,最后得出校正后的标定矩阵。仿真结果表明,校正后的标定矩阵更接近标准的标定矩阵,从而提高了六维力传感器的测量精度。     

自适应控制系统中矩阵解耦控制算法研究

自适应多通道主动隔振系统中,次级通道间的耦合会影响控制算法稳定性,且任一误差信号均参与所有控制信号的更新。针对通道数较少(n4)的控制系统,提出一种矩阵解耦优化算法,主要思想是基于前馈补偿,在次级通道矩阵前插入解耦矩阵,实现次级通道解耦,使控制信号与误差信号之间一一对应,提高算法的稳定性和收敛速度。同时,为增强作动器与临近传感器之间传递函数的影响,解耦矩阵主对角元素被设为1,文中给出了解耦矩阵工程实现的具体方法。对算法进行仿真分析和试验,结果表明:矩阵解耦优化算法对双频线谱振动控制效果明显,同时使计算量减小,控制精度提高,平均振动衰减分别可达21.6 dB和10.9 dB。     

重载并联六维力传感器及静态标定

针对传感器重载小尺寸需求,提出一种具有混合分支的重载并联六维力传感器,分析了其结构特点和测量原理。搭建了重载并联六维力传感器标定系统,为改善维间耦合及制造误差等对测量精度产生的影响,从标定算法及模型优化方面对其进行了研究。分别利用最小二乘法和BP神经网络算法对加载实验数据进行了处理,分析结果表明BP神经网络算法要明显优于最小二乘法,并通过数据随机分组测试验证了结果的正确性。基于BP神经网络,提出了一种基于人工鱼群算法的BP神经网络算法,并采用优化后的BP神经网络标定算法对实验数据进行了计算分析,结果表明优化后的BP神经网络计算结果较好且稳定,不易陷入局部极值。     

动态力解耦和动态标定相关技术研究综述

随时间变化的力称作为动态力,其在航空航天、材料科学、汽车制造、武器威力等研究领域均为重要的测量参数。理想情况下,动态力测试与其他传感器输出无关,涉及的仅仅是测试通道方向的输出。但是,由于加工工艺、安装工艺等限制,在测量某方向动态力时,难免耦合其他方向的输出信号造成动态耦合,只有准确的找到各维间力的相互耦合关系,才可以达到精确测量动态力的目的。同时,在测试前应先标定传感器,以提高测量的准确性。目前多采用静态标定进行动态力测量的“静标使用”方法,在测量中必然会产生较大的误差。因此,动态力的解耦及动态标定具有较大的意义。通过分析相关文献,总结了动态力解耦和动态力标定的常用方法,对比优缺点并提出展望。     

注塑机料筒多段温度控制系统的研究与设计

目的提高注塑机料筒温度控制的精度和稳定性,解决注塑机多段温度控制系统存在的非线性、强耦合、时变性等问题。方法通过分析注塑机的结构及工作原理,利用基于神经网络的静态解耦策略,将相互耦合的回路解耦成单回路系统,并采用粒子群算法优化模糊PID的量化因子。结果仿真及测试表明,各料筒温度响应较迅速,料筒温度超调小,稳态控制误差小,能够获得良好的控制效果。结论通过仿真显示,该控制策略能够克服料筒各段之间的耦合影响,适应性强,稳定性好,有一定的抗干扰能力,使注塑机的温度控制效果得到明显改善,具有一定的实用价值。     

基于腕力传感器的绳驱动拟人臂的力/位混合控制研究

该文在研究7-DOF绳驱动拟人臂运动控制的基础上,结合安装在关节处的角度传感器的反馈信息,提出一种改进的耦合球关节闭环控制算法,使拟人臂的运动精度大大提高;同时利用安装在末端的腕力传感器的反馈信息,提出一种基于阻抗控制的力位混合控制算法,并讨论了容易建模和不易建模的两种环境下的轨迹规划问题,结合PC+PMAC分级控制系统和上面两种算法完成了7-DOF拟人臂的高精度位置伺服控制和与外界环境的接触力控制。实验和仿真结果表明算法的正确性和控制的有效性。     

压力式气浮测力传感器静特性研究

为了避免多维力测量过程中的耦合现象,提出了一种气浮测力的方法。研究建立了压力式气浮测力传感器的特性方程,研制了一种压力式气浮测力传感器静特性实验装置,对理论研究的结果进行了实验验证。实验结果表明,气腔内气体绝对压力Pd在0.5~3.5kg/cm²范围时,气浮测力传感器的线性度为0.8%,回程误差为0.02%,重复性误差为0.1%。     

骨折创伤断面微型二维力传感器研制

针对骨折创伤断面轴向压力和径向剪切力的实时精确测量要求,设计了基于E型圆膜片式结构弹性体的微型二维力传感器,建立了传感器弹性体应变的理论分析模型。根据理论分析模型对传感器弹性体的主要结构尺寸进行了优化,设计了弹性体上应变片的贴片位置和组桥方式。对传感器进行了标定实验,获得了标定数据。标定实验结果表明：传感器灵敏度为2.9 MPa/N,轴向力满量程非线性误差为1.1783%,径向力满量程非线性误差为1.0416%。     

分散式自适应主动隔振控制算法研究

针对主动隔振中次级通道耦合会影响传统FXLMS算法稳定性问题,提出一种分散式解耦优化控制算法。主要是更新控制滤波器系数时忽略作动器与非临近传感器间的耦合,将多通道控制系统简化为多个并联的单通道控制系统,能降低算法运算量。但在一定程度上也会降低系统的收敛速度,为此,在辨识矩阵的估计模型中引入了作动器与非临近传感器之间的反馈补偿因子。仿真和试验结果表明,该算法可有效降低运算量,提高收敛速度和控制精度,双频线谱激励控制效果显著,振动衰减分别可达24.5 dB和12.4 dB。     

基于Stewart并联调姿平台的六维力测量与不确定度分析

在分析六维力静态解耦算法的基础上,提出基于牛顿迭代法的动态六维力解耦算法,构建六维力测量模型,基于蒙特卡洛仿真法实现了六维力测量不确定度评定算法,并设计相关试验算例进行验证.结果显示,六维力在X轴与Y轴方向的力分量测量不确定度分别为0.011 3N和0.011 4N,绕Z轴的力矩分量测量不确定度为0.008 3N·m.研究结果可以为Stewart并联调姿平台六维力测量的应用提供一定借鉴.     

Teleoperated 3-D Force Feedback From the Nanoscale With an Atomic Force Microscope

In this study, 3-D experimental teleoperated force feedback during contact with nanoscale surfaces is demonstrated using an atomic force microscope (AFM) on the slave side and a haptic device on the master side. To achieve 3-D force feedback, coupling between one of the horizontal forces and the vertical force is a crucial bottleneck. To solve this coupling issue, a novel force decoupling algorithm is proposed. This algorithm uses local surface slopes, an empirical friction force model, and the haptic device motion angle projected onto the surface to estimate the friction value during experiments. With this estimation, it is possible to decouple the three orthogonal forces acting on the tip of the AFM cantilever. Moreover, using an adaptive observer, parameters of the friction model can be changed online, removing the necessity to calibrate the friction model initially. Finally, a modified passivity-based bilateral control is used to reflect the scaled nanoscale forces to the master side and the operator. The performance of the system is demonstrated on experimental results for flat and non-flat, and hard and soft surfaces.      

光纤陀螺静态寻北算法的误差分析

以光纤陀螺静态寻北原理为基础,建立了3种常用寻北算法的误差模型,并定量计算算法中参数对寻北误差的影响。对3种模型的分析仿真结果表明,四位置寻北算法的寻北精度高,算法比较稳定,对纬度等寻北参数的敏感度小。     

一种立体视觉测量高精度标定新方法

提出一种实现通用摄像机标定和现场高精度立体视觉传感器标定的新方法。该方法无需预先给定初始参数,而是根据投影矩阵计算摄像机参数的初始值,结合镜头畸变的标定数学模型,实现通用摄像机标定;在立体视觉传感器三维测量模型基础上,引入目标距离约束建立结构参数标定优化目标函数,从而得到使空间距离偏差最小的最优结构参数,实现传感器现场高精度标定。实验结果表明,上述方法标定精度较高,已标定传感器空间距离测量相对误差小于0.45%。     

基于球杆仪和光栅尺的工作台精度调整

用球杆仪和光栅尺同时测量了两轴联动精密工作台的走圆运动．结果显示,光栅尺的主要误差源是测量噪声和定位误差,球杆仪的主要误差源是定位误差．尽管对于单轴实时位置反馈来说,光栅尺的测量精度已经足够,但是两个方向光栅尺的测量数据不能反映两轴间的相对精度．通过对光栅尺和球杆仪测量的工作台走圆运动测量数据的分析,建立了测量系统的数学模型,在此基础上解耦并识别出了球杆仪和光栅尺的定位误差．提出了根据光栅尺倾角误差实现工作台精度调整的策略．