多維力傳感器的信號(hào)采集與標(biāo)定技術(shù)研究.pdf

1、多維力傳感器是用于測量空間中復(fù)合力與力矩的設(shè)備，并廣泛應(yīng)用于工業(yè)制造、航空航天、康復(fù)醫(yī)療等領(lǐng)域。多維力傳感器存在的維間耦合的特性，使得單維力傳感器的信號(hào)采集與標(biāo)定技術(shù)并不適用于多維力傳感器。多維力傳感器在未解耦時(shí)主方向誤差小于1％，耦合誤差大于10％，可見維間耦合已經(jīng)成為制約高精度多維力傳感器設(shè)計(jì)的主要因素，因此研究多維力傳感器的信號(hào)采集與標(biāo)定解耦技術(shù)是研制高精度多維力傳感器的基礎(chǔ)。
　　本文針對(duì)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，并結(jié)合項(xiàng)目的需要，

2、研究了基于十字彈性梁結(jié)構(gòu)的三維力與六維力/力矩傳感器的測力方法，完成了應(yīng)變片測力方案，將多維力或力矩轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)輸出，并設(shè)計(jì)完成了具有放大、調(diào)零功能的信號(hào)調(diào)理電路。編寫了具有卡爾曼濾波功能的數(shù)據(jù)采集標(biāo)定軟件，并能夠?qū)?biāo)定的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存與管理。
　　分析并設(shè)計(jì)了三維力傳感器的最優(yōu)標(biāo)定方案，并采用三維空間劃分的方法對(duì)每個(gè)區(qū)域建立帶有編號(hào)的解耦方程組，將采集的三維力傳感器輸出電壓編號(hào)，并將電壓帶入編號(hào)相同的解耦方程組，完成解耦。通過分

3、析表明，與傳統(tǒng)的解耦方法相比，本文提出的解耦方法能夠得到更高的解耦精度。
　　為了能夠?qū)崿F(xiàn)中、小量程的六維力/力矩傳感器標(biāo)定，設(shè)計(jì)了一種可變力臂的標(biāo)定裝置及規(guī)范的標(biāo)定方法。利用ANSYS軟件對(duì)標(biāo)定裝置進(jìn)行了強(qiáng)度校核，最后對(duì)標(biāo)定裝置進(jìn)行人工調(diào)校，并確定了標(biāo)定裝置各個(gè)維度主方向的誤差小于1.22×10-2％，總耦合誤差小于0.106％。
　　用所設(shè)計(jì)的標(biāo)定裝置對(duì)六維力/力矩傳感器進(jìn)行標(biāo)定，驗(yàn)證標(biāo)定裝置設(shè)計(jì)的合理性。由標(biāo)定的數(shù)據(jù)分