一种新型操控传感器的设计与研究

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1、第27卷第3期机械设计Voi．27No．32010年3月JOURNALOFMACHINEDESIGNMar．2010一种新型操控传感器的设计与研究张今瑜，梁国，蒋赞，张立勋(1哈尔滨程大学机电1=程学院，黑龙江哈尔滨150001；2．中国电子科技集团公司第54研究所，河北石家庄050081)摘要：针对微操作力提升系统，设计了一种新型的操控传感器。分析了操控传感器的工作原理，推导了数学模型。利用Matlab7．0对机构进行了仿真研究，优化了操控传感器的两种参数：粘滞摩擦因数和弹性系数。基于dSPACE半物理仿真平台对操控传感器

2、进行了实验研究，实验结果表明：操控传感器操作柔顺，输出信号稳定，能准确检测出微小的操作力。该研究对微操作力提升系统的改进具有实际的参考价值。关键词：微操作力；操控传感器；参数优化；柔顺中图分类号：TP242．3文献标识码：A文章编号：1001—2354(2010)03—0009—04智能辅助设备在物料搬运领域的应用和改进越来操作力，系统控制器根据检测的操作力，通过控制算越引起重视，已成为国家进一步提高生产率和降低生法，驱动滚筒实现对负载的升降运动的控制，在这里操产成本最重要的措施。外国的科研机构对其研究较作者并不提供驱动负载

3、运动的实际驱动力。早，并取得了一些有价值的成果¨，近些年国内在这方面也有相关的研究J。微操作力提升系统是智能辅助设备的主要组成部分，而操控传感器是微操作力提升系统中的核心组件，是检测操作者施加微小操作力的敏感元件和操作者操作的载体。现有的操控传感一一一．～一～一器主要有两种：基于力传感器的操控传感器和基于位移传感器的操控传感器。文中提出了一种基于直线式1光电编码器；2电动机；3减速机；4滚筒；滑动电位计的操控传感器，此传感器结构简，性能稳5钢丝绳；6操控传感器；7负载定，具有较好的操作柔顺性。图1微操作力提升系统简图1微操作

4、力提升系统的组成2操控传感器的结构设计及工作原理微操作力提升系统主要由永磁直流伺服电动机、2．1操控传感器的结构设计减速机、光电编码器、滚筒、钢丝绳和操控传感器组成，操控传感器主要通过卣线式滑动电位计测量操作结构简图如图1所示。传感器检测操作者施加的微小驴驴驴ImproveddiferentialevolutionalgorithmforoptimalsynthesisoffunctiongeneratinglinkagesHEBing，CHELin-xian一。CHENGZhi-hong(1．DepartmentofMec

5、hanicalEngineering，LuzhouVocation—al&TechnicalCollege，Luzhou646005，China；2．SchoolofMe—chanical&ElectricalEngineering．ChinaUniversityofMining＆Technology，Xuzhou221008，China)Abstract：Thestandarddifferentialevolution(SDE)algo—rithmhastheadvantagesofsimplicity．fewcontro

6、lparametersre—quired，andeasilybeused，buthasthedisadvantageofprematureconvergence．TheimprovedDE(IDE)algorithmisproposedtoo一收稿日期：2008—12—03；修订日期：2009—09—07基金项目：国家自然科学基金资助项目(60272030)作者简介：张今瑜(1962一)，女，吉林舒兰人，教授，博』：生导师，主要从事人机合作机器人和机电一体化技术研究，发表论文30余篇。10机械设计第27卷第3期者施加的微小操

7、作力来感知操作者的操作意图。操控z——下弹簧预紧压缩长度；，——上弹簧的预紧力；传感器主要由连接法兰、操控把手和承重机构3部分2——上弹簧预紧压缩长度；组成。m——操控把手的质量；操控把手由上压缩弹簧、下压缩弹簧、滑动式电位g——重力加速度；计、套筒、承重主轴、下端盖构成。上压缩弹簧和下压——施加操作力后操控把手的位移；缩弹簧分别被压缩预紧放置在套筒两端，通过两个弹——两个弹簧的刚度系数；簧的预紧力支撑套筒，使其处于平衡位置，滑动电位计——粘滞摩擦因数。滑动端和套筒连接，当套筒在操作力作用下沿承重主轴中心轴线上下移动时，滑动

8、电位计滑动端随之移动。承重机构包括下法兰、销、悬吊轴和承重横轴。承重横轴、悬吊轴和销组成一个十字架形机构，并置于法兰内部，组成一个可以自由拆卸的夹持机构，用于连接负载夹持工具(如挂钩、吸盘等)。操控传感器的三维模型如图2所示。为了使套筒悬浮于平衡位置，上弹簧和下弹簧必须产生足够支撑套筒的预