大量程六维力传感器设计与标定研究.pdf

《大量程六维力传感器设计与标定研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、2016年第35卷第5期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)87DOI：10．13873／J．1OO0--9787(2o16)05-0087-04大量程六维力传感器设计与标定研究韩康，王智，李昂，夏明一，霍琦(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春130033)摘要：为提高大量程六维力传感器的灵敏度，设计了一种适用于机械臂末端的应变式传感器。该传感器采用十字梁式弹性体结构，通过优化应变梁结构和合理布置应变片等方式，使传感器在大量程条件下仍具有较高的刚度和灵敏度。使用有限元法分析验证了传

2、感器应力分布的合理性，并根据最小二乘法标定原理对传感器进行解耦标定实验，实验结果表明：传感器静态性能良好，最小灵敏度为0．375mV／N，满足使用要求。关键词：六维力传感器；十字梁式弹性体；灵敏度；有限元法；解耦标定中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1000-9787(2016)05-0087-04Designofbig-·scalesix--axisforcesensorandstudyoncalibrationtestHANKang，WANGZhi，LIAng，XIAMing—yi，HUOQi(ChangchunInstituteo

3、fOptics，fineMechanicsandPhysics，ChineseAcademyofSciences，Changchun130033，China)Abstract：Toincreasesensitivityofbigscalesix—axisforcesensor，astrainsensorwhichcanbeusedinmechanicarmendisdesigned．Crossbeamelasticbodystructureisused，andsensorhashighstiffnessandsensitivityunderbigs

4、calebyoptimizingstrainbeamstructureandreasonablearrangingofstraingauge．Thefiniteelementmethodisusedtotestifythereasonableofstressdistribution．Adecouplingandcalibrationtestistakenbasedontheleastsquarecalibrationprinciple，andexperimentalresultsshowthatthesensorhasgoodstaticperfo

5、rmance，andtheminimumsensitivityis0．375mV／N，whichcanmeetapplicationrequirement．Keywords：6-axisforcesensor；crossbeamelasticbody；sensitivity；finiteelementmethod；decouplingcalibra—tion0引言标定，证明传感器灵敏度等静态特性满足使用要求。六维力传感器能够同时测量空间坐标系内三个方向上1六维力传感器设计的力与力矩，广泛应用于机器人末端，感知机器人受力情1．1六维力传感器结构设计况

6、，以便实现机器人的力控制⋯。近年来，随着工业机器六维力传感器安装于机械臂末端与末端执行器之间，人应用的普遍，机械臂末端负载不断增加，对大量程六维力即是末端力测量单元又是两者之间的连接部件，其安装方传感器的需求也越来越迫切。而大量程六维力传感器的设式如图1所示。其中，末端执行器法兰盘一端与末端执行计除了需要考虑维间耦合、测量非线性等六维力传感器的器相连，另一端与六维力传感器弹性体外圈相连；机械臂法共性问题外，还必须兼顾机械臂末端安装空间和灵敏度等兰盘两端则分别与机械臂和弹性体内圈相连。两法兰盘不问题，极大地增加了传感器设计的难度。直接接触，末端执行器

7、感受到的力与力矩全部经过六维力本文以某航天项目的地面实验为背景，设计一种适用传感器传递到机械臂末端，因此，六维力传感器能够感知机于机械臂末端的大量程六维力传感器，其有效量程为900N械臂末端所承受的所有力与力矩。和200N·m，通过在传统十字梁弹性体上加工哑铃状槽等六维力传感器弹性体主要包括应变梁和浮动梁两部方法，使六维力传感器在保证传感器大量程的同时具有较高的灵敏度zzzPsgiolePfrp，并使用有限元方法对弹性体变形进行分析，验分，其中，应变梁是产生敏感应变的十字形结构，浮动梁为证方案的可行性。最后使用最小二乘法对设计传感器进行减少维间耦合

8、隔离应变的薄板式结构．5J。当传感器受到收稿日期：2016-03-28zzzPsgiolePfrpzzzPsgiolePf