一種新型多維力傳感器及其標定方法的研究.pdf

1、多維力/力矩傳感器在工業(yè)應用中已十分廣泛，但一般工業(yè)應用中的多維力/力矩傳感器的尺寸較大，不適用于安裝在對傳感器尺寸有限制的操作末端上。本文結(jié)合國家自然科學基金項目“仿人形多指手的多維指尖感知和同步控制”（課題編號：51175106）設計了加工和應變計粘貼工藝性好的全平面型六維力/力矩傳感器的彈性體，實現(xiàn)了6通道基于時間數(shù)字應變測量原理的應變檢測電路，采用了最小二乘法和最小二乘支持向量回歸方法對六維力/力矩傳感器進行靜態(tài)解耦合，并通過實

2、驗對比分析，認為在實驗數(shù)據(jù)存在隨機誤差的情況下，最小二乘支持向量回歸靜態(tài)解耦合算法的效果優(yōu)于最小二乘法靜態(tài)解耦合的效果。
　　分析了多維力傳感器的彈性體結(jié)構(gòu)設計的技術(shù)現(xiàn)狀和實際應用中的問題，介紹了傳感器彈性體的設計時的工藝性原則和弱耦合原則；研究了實際應用中彈性體的應變檢測原理，介紹了傳感器的兩種靜態(tài)解耦合思路；確立了課題的主要研究內(nèi)容。
　　分析六維力/力矩傳感器彈性體的研究現(xiàn)狀和傳感器彈性體應用背景，結(jié)合人手手指和仿人形

3、假手手指的尺寸以及受到的載荷情況，確定出設計傳感器彈性體時的尺寸要求和載荷的要求；綜合傳感器彈性體的加工工藝性和電阻應變計的粘貼工藝性以及彈性體的耦合特性，設計出全平面結(jié)構(gòu)的彈性體。基于時間數(shù)字應變檢測芯片，構(gòu)建了6通道信號采集方案和提出了輸出頻率更高的通信方案，實現(xiàn)了應變檢測電路方案。
　　根據(jù)平面型彈性體結(jié)構(gòu)，建立了彈性體的最小二乘法線性模型，采用了最小二乘法對傳感器彈性體進行解耦合；建立了傳感器彈性體的最小二乘支持向量回歸的

4、非線性模型，采用指數(shù)網(wǎng)絡法優(yōu)化了最小二乘支持向量回歸的松弛因子和核函數(shù)參數(shù)，并用于的傳感器靜態(tài)解耦合；從采用線性算法處理非線性模型和非線性算法處理非線性模型角度，對比分析了兩種方法各自的優(yōu)缺點。
　　搭建了彈性體的實驗平臺，分析了標定裝置與彈性體的坐標變換關系；針對實驗過程中傳感器與上位機無法可靠通信的問題，提出了一種完全可靠的通信協(xié)議。開展了多維力傳感器的標定實驗，通過對比兩種算法的靜態(tài)解耦合后傳感器的性能指標，分析了解耦合結(jié)果