基于光纖光柵的多維力傳感技術(shù)研究.pdf

1、機器人多維力傳感器是機器人重要的外部傳感器之一，將它安裝在機器人操作手腕和腳腕處，可用來感知操作手與外部環(huán)境的接觸力，是機器人感知環(huán)境力作用特征的重要信息來源。機器人腳腕關(guān)節(jié)多維腕力測試有助于智能機器人姿態(tài)、運動和環(huán)境感知的精確控制，要求多維力傳感器各方向的靈敏度高、維間耦合小、具有良好的靜態(tài)、動態(tài)特性等。利用光纖光柵為敏感元件的多維力傳感器，特別適用于強電磁場、腐蝕等惡劣或特殊的環(huán)境中，滿足了機器人實際作業(yè)環(huán)境的需要。因此，設(shè)計一種結(jié)

2、構(gòu)相對簡單，能滿足機器人處在惡劣環(huán)境下的需要的光纖光柵多維腕力傳感器具有十分重要的意義。
　　本文分析研究了一種基于光纖光柵(FBG)的多維力腳腕傳感器，采用有限元軟件(ANSYS)對多維力傳感器的彈性結(jié)構(gòu)體進行了靜態(tài)、動態(tài)模擬分析。根據(jù)靜態(tài)模擬分析，獲取傳感器在受到各方向的單維力與力矩時，彈性結(jié)構(gòu)體各處應(yīng)力、應(yīng)變的變化情況，計算分析傳感器單向受力時的靈敏度為0.265pm/N。對傳感器彈性結(jié)構(gòu)體進行模態(tài)分析得知傳感器結(jié)構(gòu)體的振動

3、特性，給出前六階的固有頻率及振型。并對傳感器彈性體進行瞬態(tài)分析，查看在動態(tài)載荷下彈性體結(jié)構(gòu)的變形情況。
　　綜合考慮步行機器人腕力傳感器的實際需要、腕力傳感器所需光纖光柵的個數(shù)及光纖光柵的粘貼工藝需求。在ANSYS模擬的基礎(chǔ)上設(shè)計、制作出傳感器的機械結(jié)構(gòu)，敷設(shè)FBG，搭建了模擬測試系統(tǒng)，在壓力與扭矩實驗臺上進行了一系列靜態(tài)測試，根據(jù)測試結(jié)果推算傳感器的靈敏度、線性度及重復(fù)性等特性。根據(jù)機器人實際步行中的腳腕受力情況，進行傳感器動態(tài)