基于UKF的六维力传感器重力补偿算法研究

为解决人机交互中六维力传感器受末端重力影响导致示数不准确的问题，提出一种基于无迹卡尔曼滤波(Unscented Kalman Filter, UKF)算法的六维力传感器误差校正方法。通过对传感器数据进行处理和估计，实现对传感器误差的准确估计和修正，从而将传感器误差降至0～0.227 N之间。实验结果表明：该方法可以显著提高六维力传感器的测量精度，为人机交互中的精准力控制提供了可靠的技术支持。     

双层预紧式六维力传感器动态性能的理论与实验研究

对一种新型的双层预紧式六维力传感器进行了动态性能理论分析与实验研究。首先介绍了双层预紧式六维力传感器的结构特点。建立了该传感器的振动系统简化模型,基于螺旋理论和多自由度系统振动学推导了系统的运动微分方程。经过对运动微分方程进行求解,得到了传感器的各阶固有频率。最后采用阶跃响应法对传感器样机进行动态性能实验研究,经过快速傅里叶变换得到了传感器的频率响应曲线。实验结果与理论计算结果一致,从而验证了理论推导的正确性。研究结果表明,双层预紧式六维力传感器的动态性能较好,能够满足一般工业生产中对六维力测量的要求。     

双E型膜弹性体六维力传感器静态标定及其性能分析

六维力传感器的静态标定是其在智能机器人应用中准确测量的前提,以双E型膜弹性体六维力传感器为例,设计了静态标定试验,测试了6路静态标定数据,计算并分析了其静态性能指标;并通过采用最小二乘方法进行拟合,得到了维间耦合关系斜率矩阵﹒这是六维力传感器通过耦合分析来进一步提高精度的必要途径﹒     

基于灵敏度指标的Stewart型六维力传感器结构参数设计

基于对六维力传感器系统中影响灵敏度性能的因素的分析,在传感器静态数学模型中应用并联机器人机构学理论,对Stewart型六维力传感器的灵敏度指标进行分析并推导出解析解.引入力(力矩)灵敏度影响因子的概念,研究了力(力矩)灵敏度影响因子影响灵敏度指标的规律;基于空间模型理论采用无量纲参数绘制了该型传感器的力(力矩)灵敏度指标二维性能图谱,提供了一种并联结构六维力传感器结构参数优化设计方法.     

刚柔混合三腿六维力传感器测力性能分析

研究了一种新型的三腿六维力传感器的测力性能,基于3-RPS(转动副-移动副-球副)并联机构研制传感器样机,建立了该样机的静力模型,得到了施加在传感器上的外力与传感器本身6个单维力传感器的映射关系;对新型传感器进行了静态标定实验,根据实验结果分析传感器的测力性能,得到三腿六维力传感器的测力性能评价指标,为该传感器的优化及应用提供了参考依据和基础。     

双E型六维力传感器矩形梁强迫振动分析

六维力传感器弹性体一般采用组合梁结构,每个分方向的输出信号中不可避免地存其它分方向的受力信号的耦合输出。在动载工作条件下,六维力传感器动态耦合输出非常复杂。为了从理论上揭示六维力传感器动态耦合输出的主要特征,本文以双E型六维力传感器中的矩形梁为对象,建立力学模型,采用弹性力学基本理论和达朗贝尔原理,选取矩形梁前三阶振型,推导出其它五个分方向受力在Mz主方向的动态耦合输出,并绘制出动态应变图,为六维力传感器动态解耦提供了理论依据。     

多维加速度场下六维力传感器弹性体结构设计

针对多维加速度场中六维力传感器惯性耦合效应特性及实际测试的需要,设计了一种三梁均布式弹性体结构的六维力/力矩传感器,对弹性体在多维加速度场下的力学行为进行了探讨,运用有限元(FEM)仿真分析了弹性体结构参数对传感器动态输出及振型频率的影响,为多维加速度场下多维力传感器动态解耦和多目标的优化设计提供依据.     

组合式自解耦压电薄膜三维力传感器研制

针对传统三维力传感器存在的非线性误差、维间耦合误差过大等瓶颈问题，面向重载、高频、强冲击三维力的测量需求，基于聚偏氟乙烯(PVDF)压电薄膜，结合并联分载原理，创新性的利用冲击力产生的倾覆力矩，设计了立柱菱形布局的压电薄膜三维力传感器结构，立柱菱形布局时具有抵消维间耦合能力，每个立柱近似只受单个倾覆力矩的影响，故可进行组合测量。探究了PVDF压电薄膜的最优布置，采用理论分析、有限元仿真分析和实验验证相结合的方法，对传感器设计方案的可行性进行了验证。研制了组合式自解耦压电薄膜三维力传感器样机，分别对其进行准静态标定实验和动态标定实验，实验结果表明，改进后传感器具有高灵敏度、高固有频率等特点，3个方向非线性误差均小于0.2%,维间耦合误差在1.2%以内，其结构设计具备抵消维间耦合的能力。该三维力传感器在高精密轴承钢球冷镦成型及瞬态强冲击等场景下有着重要的应用价值及潜力。     

六维大力传感器测量原理研究

针对巨型重载操作机六维大力测量的难题,提出了一种并联六维大力测量的方法,即采用Stewart结构与重型操作机械手手臂并联的方式,将机械手臂所受六维大力的小部分分载于Stewart结构的六杆,并对传感器进行力学解耦,进而实现六维大力值的测量.给出了六维大力传感器的仿真实例,并分析了传感器重要参数对分载能力的影响.实例表明:增大分载粱半径和减小上平台厚度都会提高分载能力,尤其分载粱半径对分载能力影响较大.为六维大力传感器的进一步优化设计提供了一定的理论依据,且最终验证了该测量方法的合理性和有效性.     

基于薄板和伯努利-欧拉梁理论的六维力传感器动态特性分析

摘耍：六维力传感器可以测量三维空间内3个方向上的力和力矩信息,在机器人感知和控制方面起着极其重要的作用．传感器的动态特性包括时域领域特性和频域领域特性．其中,固有频率和模态振型特征是传感器频率领域动态特性的重要参数．文章基于弹性力学中薄板和伯努利一欧拉梁理论建立传感器各模块动态数学模型,分析出各方向一阶固有频率和主振型,为传感器动态特性领域深入研究提供理论参考．关键词：六维力传感器;动态特性;薄板;伯努利一欧拉梁;固有频率中图分类号：TH39文献标识码：A     

钢丝绳索力自动化检测系统的设计

提出了采用磁阻式传感器的方式拾取钢丝绳振动信号的思想,设计出传感器的结构和对传感信号进行放大,滤波处理的电路,在单片机8031和个人计算机的控制下,实现了用8位A／D转换器对信号进行A/D转换,考虑到信号有有用成分频率较低,采用计算与单片机8031进行实时串行通讯的方式把A／D转换结果送入到计算机中,并利用计算机丰富的软件资源和快速的计算功能对采样数据应用快速傅立叶变换方式进行频谱分析,把求得的功率谱最大谱值所对应的频率作为钢丝绳的固有频率,最后,根据钢丝绳内力与其固有频率这间的内在关系,计算钢丝绳当前所受的拉力。     

基于体震信号的心率测量方法

心脏向外泵血引起与心跳同步的身体的震动,产生体震信号,其规律与心率相关,可在脊椎轴上通过敏感的力传感器检测出来.体震信号微弱且易受干扰,针对此特点设计了传感器电路和信号处理电路,说明了检测方法.所获得的原始体震信号先经预处理去除噪声,再应用模极大值算法得到每个心动周期中的峰值点,最后求得心率.采集体震信号时,同步采集一路单通道心电信号作为基准,评价测量的准确性.实验结果表明,基于体震信号的心率测量方法获得了良好的效果.     

SSPA图像传感器的非线性电路模型

基于改善自扫描光电二极管阵列图像传感器的特性的要求，根据传感器的工作原理构造了光电二极管的非线性电路模型。通过对该非线性电路模型进行分析，列出该电路模型的状态方程，并用龙格库塔算法对该状态方程求解。用C语言实现龙格库塔算法，得出电路的数值解。其数值解结果表明：减少该类型图像传感器的PN结电容，改善了传感器的非线性特性：在图像传感器上并联电容CM可增大图像传感器的动态特性，上述特性与传感器实测结果一致。非线性电路模型是对原有模型的改进。     

汽车雨滴传感器的设计

雨滴传感器是汽车智能雨刷系统的重要组成部分.基于光强变化的原理,提出了一种新的红外线雨滴传感器设计.传感器由红外光发射电路和红外光接收电路组成,用PIC单片机做控制器.实验证明,该雨滴传感器反应灵敏,实时性好,性能稳定.     

自感知压电微夹钳研究

采用双晶片型压电悬臂梁制作一种双悬臂梁结构的微夹钳,可用于微操作系统中的微夹持器．在一般微操作系统中,需要外加微力传感器才能组成闭环控制系统,这必将影响夹钳的工作特性．为简化系统,借助于电荷提取电路提取压电双晶片上的电荷,并通过软件进行状态观测,可直接得到压电夹钳尖端上的夹持力,同时还能观测到夹钳尖端的位移,称其为自感知执行器．实验证明了上述自感知方法的有效性．     

六维力传感器动态测试电磁激励力控制电路设计与分析

针对脉冲激励和单位阶跃法测试六维力传感器动态性能时输出力单一,力值大小调节较困难,且负载信号的检测不理想等问题,采用电磁激振原理,致力于谐波激励装置的研制。针对电磁滞后特性,以及电磁激励力随频率增加呈衰减特性,采用双闭环控制方案,即内环为电流环,外环为激励力反馈环,设计了一款六维力传感器动态测试电磁激励力控制电路。该电路测试结果表明电磁激励力输出幅度在传感器工作带宽内保持恒定,完全满足基于谐波激励法六维力传感器动态性能测试要求。     

霍尔传感器测速系统的设计

文章介绍了霍尔传感器的工作原理及其在工程应用中的种类,举例说明霍尔传感器在测速系统中的应用,提出了霍尔传感器应用电路的设计方法,即电路框图设计、元件参数设置和测量电路仿真,把非电量信号检测来出并转换成便于传输、处理和显示的可用电信号,再利用信号处理和显示电路测出数据。通过实验和理论数据比对,表明该测速系统符合实际应用。     

超磁致伸缩力传感器及其实验研究

基于磁致伸缩逆效应原理,以超磁致伸缩棒为敏感元件研究了一种具有高灵敏度的新型超磁致伸缩力传感器,通过集成在结构内部的霍尔传感器测量磁通密度来实现静态力的测量.同时,为了提高传感器的测量灵敏度,提出了一种安装在霍尔传感器周围的不锈钢钢环的特殊结构.给出了超磁致伸缩力传感器的测量原理和设计过程,并通过实验研究确定了偏置磁场、预紧力和超磁致伸缩棒的尺寸等因素对传感器输出特性的影响规律,分别得到了传感器工作的最佳偏置磁场和预紧力,为超磁致伸缩力传感器的深入研究和精确控制提供了一种技术途径.     

高电压设备绝缘在线监测电流传感器的研究

提出了电流传感器的设计方法，讨论了电流传感器的电路结构和屏蔽措施，给出了电流传感器在低压和高压条件下的试验结果．该传感器具有良好的线性和稳定性，可用于绝缘在线监测．     

虚拟手术仿真系统碰撞检测及其形变的研究

设计了一套用于外科医生手术仿真训练的具有实时力反馈的虚拟手术仿真系统.阐述了反馈设备通过带有力/位置传感器的单自由度的机械手和电机控制电路实现实时模拟手术仿真的位置采集和力反馈功能.通过碰撞检测、非线性力反馈计算和软组织形变计算等算法实现逼真的视觉反馈功能.仿真实验表明该系统提供了实时的视觉反馈,具有很强的真实感.