一種結(jié)構(gòu)解耦的新型應(yīng)變式多維力-力矩傳感器研究.pdf

1、在應(yīng)變式多維力傳感器的研究過程中，維間耦合一直是制約多維力傳感器精度提高的重要因素，結(jié)構(gòu)解耦也一直是多維力傳感器追求的目標(biāo)。根據(jù)國內(nèi)外應(yīng)變式多維力傳感器的發(fā)展，針對(duì)目前康復(fù)機(jī)器人應(yīng)用較多的十字梁多維力傳感器存在維間耦合誤差較大的缺點(diǎn)，本文提出了一種新型結(jié)構(gòu)的多維力傳感器，根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)組合可用于三個(gè)（Fx、Fz、My）或五個(gè)（Fx、Fy、Fz、My、Mz）維度廣義力/力矩（F代表力，M代表力矩）信號(hào)的測(cè)量，其敏感原理是結(jié)構(gòu)解耦的，因此可

2、具有更高的精度。
　　首先，本文研究了新型應(yīng)變式多維力/力矩傳感器的工作原理、力學(xué)特性、組合測(cè)量原理及方法。組合測(cè)量過程中對(duì)多維力傳感器各輸出間的維間耦合問題進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算分析，并對(duì)多維力傳感器的應(yīng)變片布片原理及組橋方式進(jìn)行深入研究。其次，對(duì)設(shè)計(jì)的彈性體進(jìn)行靜力學(xué)分析。利用ANSYS有限單元法分析了彈性體在受到各維靜態(tài)載荷作用時(shí)敏感部位的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系圖，得出最優(yōu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)，驗(yàn)證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性和安全性，利用ANSYS后處理器提

3、供的路徑映射技術(shù)，確定應(yīng)變片的最佳貼片位置。通過靜態(tài)分析得出，新型傳感器具有線性度良好，維間耦合度小，靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。利用ANSYS工具對(duì)彈性體結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析，得出了固有頻率及各階振型。通過瞬態(tài)響應(yīng)分析，為應(yīng)變式力傳感器在動(dòng)態(tài)載荷下工作的研究提供了理論依據(jù)。
　　結(jié)合新型傳感器彈性體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并根據(jù)靜、動(dòng)力學(xué)分析結(jié)果，設(shè)計(jì)了信號(hào)調(diào)理電路、采集電路等硬件電路，并基于數(shù)據(jù)采集卡PCI8620編寫了數(shù)據(jù)采集軟件，最后對(duì)五維力/力矩傳