一種結(jié)構(gòu)解耦的新型應變式多維力-力矩傳感器研究.pdf

1、在應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。根據(jù)國內(nèi)外應變式多維力傳感器的發(fā)展，針對目前康復機器人應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，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（Fx、Fz、My）或五個（Fx、Fy、Fz、My、Mz）維度廣義力/力矩（F代表力，M代表力矩）信號的測量，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，本文研究了新型應變式多維力/力矩傳感器的工作原理、力學特性、組合測量原理及方法。組合測量過程中對多維力傳感器各輸出間的維間耦合問題進行詳細計算分析，并對多維力傳感器的應變片布片原理及組橋方式進行深入研究。其次，對設(shè)計的彈性體進行靜力學分析。利用ANSYS有限單元法分析了彈性體在受到各維靜態(tài)載荷作用時敏感部位的應力-應變關(guān)系圖，得出最優(yōu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)，驗證結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性和安全性，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。利用ANSYS工具對彈性體結(jié)構(gòu)進行模態(tài)分析，得出了固有頻率及各階振型。通過瞬態(tài)響應分析，為應變式力傳感器在動態(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，并根據(jù)靜、動力學分析結(jié)果，設(shè)計了信號調(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，最后對五維力/力矩傳