基于d_(33)模式的压电式多维力传感器性能研究

1

作者 李芬 侯晓娟 +2 位作者 张欣 富肖严 何剑 《仪器仪表学报》 北大核心 2025年第5期32-39,共8页

随着现代制造业、机器人技术、精密测量等领域飞速发展,多维力传感器对精准测量多方向力的需求日益凸显。针对提高机械臂和复杂机械系统中力控制与反馈精确性问题,开展关于压电式多维力传感器的研究。基于压电陶瓷的d_(33)模式设计一种... 随着现代制造业、机器人技术、精密测量等领域飞速发展,多维力传感器对精准测量多方向力的需求日益凸显。针对提高机械臂和复杂机械系统中力控制与反馈精确性问题,开展关于压电式多维力传感器的研究。基于压电陶瓷的d_(33)模式设计一种可精确测量X、Y、Z这3个方向力的压电式多维力传感器。传感器采用立方体结构,压电片分别与X、Y、Z轴垂直放置,实现多维力独立测量及自解耦。在COMSOL Multiphysics中对其参数和网格进行设置,模拟分析在不同方向施加载荷时整体结构的应力分布和变形,并结合微机控制电子万能试验机、传感器和信号采集设备,建立传感器三维测量系统,实现三维力的测量与分析。研究表明,各加载方向的力可通过合理设计传递路径准确作用于目标压电片,且可测试0~500 N法向力(Z方向)及0~200 N剪切力(X、Y方向)。所设计传感器具有较好动态响应能力、良好灵敏度、高精方向性及较稳定重复性,其中Z方向灵敏度0.080 V/N,X方向灵敏度0.110 V/N,Y方向灵敏度0.113 V/N,且各方向串扰均<0.2%。本研究在多维力测量领域具有广阔应用前景,为多维力传感器设计与优化提供重要实验数据和理论支持。 展开更多

关键词 d_(33)模式 多维力传感器 压电陶瓷 有限元分析

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多维力传感器耦合分析及解耦方法的研究 被引量：33

2

作者 曹会彬 孙玉香 +3 位作者 刘利民 冯勇 王以俊 葛运建 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第8期1136-1140,共5页

耦合现象普遍存在于多维力传感器中,多维力传感器输出如不经过解耦,数据直接应用到机器人操作中,会导致机器人的误操作。针对存在的耦合现象,本文首先分析了多维力存在的耦合原因,根据产生原因将耦合分为两种形式:结构耦合和误差耦合,... 耦合现象普遍存在于多维力传感器中,多维力传感器输出如不经过解耦,数据直接应用到机器人操作中,会导致机器人的误操作。针对存在的耦合现象,本文首先分析了多维力存在的耦合原因,根据产生原因将耦合分为两种形式:结构耦合和误差耦合,然后提出了一种新的解耦方法-基于线性神经网络解耦方法,与传统解耦方法相比,该方法大大提高了解耦合精度。最后通过实验验证了该方法的有效性和优越性。 展开更多

关键词 多维力传感器 解耦 神经网络 结构耦合 误差耦合

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基于神经网络的多维力传感器静态解耦的研究 被引量：15

3

作者 姜力 刘宏 +1 位作者 蔡鹤皋 高晓辉 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第24期2100-2103,共4页

提出了基于人工神经网络进行多维力传感器静态解耦的方法。维间耦合是制约多维力传感器测量精度的主要因素,为克服传统线性解耦方法的局限性,利用BP神经网络的强非线性逼近能力研究了多维力传感器的非线性静态解耦。以研制的微型5维指尖... 提出了基于人工神经网络进行多维力传感器静态解耦的方法。维间耦合是制约多维力传感器测量精度的主要因素,为克服传统线性解耦方法的局限性,利用BP神经网络的强非线性逼近能力研究了多维力传感器的非线性静态解耦。以研制的微型5维指尖力/力矩传感器为对象进行了解耦实验,结果表明,与基于最小二乘的线性解耦方法相比,提高了解耦精度。 展开更多

关键词 多维力传感器 静态解耦 人工神经网络 最小二乘法 机器人

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应变式多维力传感器的故障诊断方法与实现 被引量：16

4

作者 杨双龙 徐科军 +1 位作者 舒张平 许伟 《电子测量与仪器学报》 CSCD 北大核心 2016年第9期1361-1371,共11页

针对应变式多维力传感器在应用中往往出现测量电路的短路、断路、虚短、虚断等故障问题,提出基于恒流激励与矩阵扫测的故障诊断方法。针对短路故障,提出采用恒流扫测传感器输出引线与传感器基体之间以及传感器的两两输出引线之间阻值的... 针对应变式多维力传感器在应用中往往出现测量电路的短路、断路、虚短、虚断等故障问题,提出基于恒流激励与矩阵扫测的故障诊断方法。针对短路故障,提出采用恒流扫测传感器输出引线与传感器基体之间以及传感器的两两输出引线之间阻值的方法来进行故障诊断;针对断路故障,对传感器各通道进行独立诊断,给出了恒流矩阵扫测方式,建立了断路故障查询表,以根据扫测结果采用查表法进行故障诊断;针对虚短、虚断故障,采取多次循环扫测、根据故障出现次数来辨别判断。据此,以MSP430F5529单片机为核心研制了低功耗电池供电式应变多维力传感器故障诊断系统,适用于多至8个通道的多维力传感器。测试结果表明,所研制的故障诊断系统针对简单故障或较为复杂的故障情况均可通过一次自动诊断或自动诊断与人工排查相结合的多次诊断方式来正确地判断出故障类型和位置,且8通道故障诊断耗时仅需约13 s,从而能够大幅缩短应变式多维力传感器的故障排查时间,提高传感器维护效率。 展开更多

关键词 应变式多维力传感器 测量电路 故障诊断 恒流激励 矩阵扫测

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应变式多维力传感器结构优化设计方法研究 被引量：13

5

作者 吴宝元 申飞 吴仲城 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2010年第10期1412-1416,共5页

多维力传感器的结构决定了其精度及静、动态性能指标,对应变式多维力传感器弹性体结构耦合误差传递的原因进行了探讨,对比分析了传感器特性矩阵的目标优化函数的选择与优化方法、有限元法以及正交设计与极差分析法在传感器结构优化设计... 多维力传感器的结构决定了其精度及静、动态性能指标,对应变式多维力传感器弹性体结构耦合误差传递的原因进行了探讨,对比分析了传感器特性矩阵的目标优化函数的选择与优化方法、有限元法以及正交设计与极差分析法在传感器结构优化设计中的运用,提出了综合优化设计的思想,结合实例分析并阐述了该方法的实用性和有效性。 展开更多

关键词 应变式多维力传感器 弹性体 综合优化 有限元法 正交设计

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一种应变式多维力传感器的优化设计 被引量：12

6

作者 干方建 刘正士 +1 位作者 任传胜 张平 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2007年第1期56-59,共4页

针对一种十字梁多维力传感器进行了应力—应变分析,建立了这种传感器的应力—应变模型,并对这种传感器的结构尺寸和应变计贴片位置进行了优化设计,优化设计以传感器获得最大精度为目标,结果显示:传感器优化后其顺应矩阵的条件数下降,传... 针对一种十字梁多维力传感器进行了应力—应变分析,建立了这种传感器的应力—应变模型,并对这种传感器的结构尺寸和应变计贴片位置进行了优化设计,优化设计以传感器获得最大精度为目标,结果显示:传感器优化后其顺应矩阵的条件数下降,传感器测量精度提高。 展开更多

关键词 多维力传感器 模型 优化设计

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机器人多维力传感器标定Kalman滤波 被引量：12

7

作者 许德章 葛运建 高理富 《电子测量与仪器学报》 CSCD 2006年第1期92-97,共6页

在多维力传感器标定过程中,往往出现比较大测量噪声,零漂幅度较大,严重地限制了多维力传感器标定精度。鉴于Kalman滤波器在滤除系统随机干扰噪声方面良好效果,并考虑到在力传感器标定加载前,噪声信号便于测量的特点。本文从单维力传感... 在多维力传感器标定过程中,往往出现比较大测量噪声,零漂幅度较大,严重地限制了多维力传感器标定精度。鉴于Kalman滤波器在滤除系统随机干扰噪声方面良好效果,并考虑到在力传感器标定加载前,噪声信号便于测量的特点。本文从单维力传感器入手,把标定测量模型简化为一阶惯性和零阶保持器串联,并把传感器的输入/输出分为有载荷作用和无载荷作用两个状态,分别推导出输入/输出关系,获得单维力传感器状态和测量方程,并进一步推导出单维力传感器Kalman滤波算法。在合理假设基础上,再使单维力传感器标定Kalman滤波算法推广到多维力传感器。标定实验表明,在多维力传感器标定中,Kalman滤波有效地滤除了测量噪声,提高了标定精度。 展开更多

关键词 多维力传感器 机器人 标定 KALMAN 滤波

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多维力传感器静动态联合解耦补偿方法 被引量：9

8

作者 徐科军 李成 《应用科学学报》 CAS CSCD 2000年第3期189-191,共3页

提出多维力传感器静动态联合解耦补偿方法，将静态解耦、动态解耦和动态补偿合为一体，同时解决多维传感器中的三个关键技术问题，且简化了传感器的后续处理．仿真结果证明了该方法的正确性和有效性。

关键词 多维力传感器 静态解耦 动态解耦 动态补偿

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多维力传感器迭代动态解耦方法 被引量：5

9

作者 徐科军 李成 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 1999年第1期46-48,共3页

在多维力传感器不变性动态解耦方法的基础上，提出了迭代动态解耦方法，可以获得更好的解耦效果，可以解决强耦合问题。仿真和机器人腕力传感器动态解耦的结果证明了该方法的有效性。

关键词 多维力传感器 动态解耦 机器人 迭代解耦

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多维力传感器设计的评价准则与优化设计研究 被引量：2

10

作者 陈雄标 袁哲俊 姚英学 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1997年第4期88-92,共5页

在建立多维力传感器精度与刚度的数学模型的基础上,分别导出对传感器的精度与刚度进行评价的准则;提出多维力传感器优化设计的基本方法,并应用到实际的传感器设计中求解传感器的最优结构参数。

关键词 多维力传感器 建模 评价准则 优化设计

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多维力传感器动态特性研究中的一种新方法 被引量：1

11

作者 殷铭 徐科军 戴先中 《传感器技术》 CSCD 1999年第6期4-7,共4页

为了将动态补偿与动态解耦这两种改善多维力传感器动态特性的重要方法有机结合起来，同时为了避免在较大耦合时不变性动态解耦造成的信号失真，提出了传感器并行补偿解耦方法。该方法综合了补偿和解耦两方法的优点，既能动态跟踪输入信... 为了将动态补偿与动态解耦这两种改善多维力传感器动态特性的重要方法有机结合起来，同时为了避免在较大耦合时不变性动态解耦造成的信号失真，提出了传感器并行补偿解耦方法。该方法综合了补偿和解耦两方法的优点，既能动态跟踪输入信号，提高了动态响应品质，又能去除耦合信号，并行处理效果明显。 展开更多

关键词 多维力传感器 动态补偿 动态解耦 传感器

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一种新的协作机器人人机用电容式多维力传感器设计 被引量：1

12

作者 李俊勤 王进花 孙贵香 《农机使用与维修》 2023年第10期17-20,共4页

针对传统的应变式和压阻式多维力传感器存在信号需要放大调理、制作工艺难度大、成本较高等不足,设计出一种新型电容式多维力传感器。该传感器把所有的传感元件制造在单个印刷板上,无需粘贴应变片等元件,而是采用容值的变化来感知外部信... 针对传统的应变式和压阻式多维力传感器存在信号需要放大调理、制作工艺难度大、成本较高等不足,设计出一种新型电容式多维力传感器。该传感器把所有的传感元件制造在单个印刷板上,无需粘贴应变片等元件,而是采用容值的变化来感知外部信息;COMSOL多物理场仿真软件仿真分析结果显示该电容式多维力传感器具有输出信号幅值大无需放大、抗干扰能力强、无需粘贴应变片等元器件易于实现小型化、成本较低、运行稳定等优势。 展开更多

关键词 智能机器人 传感原理 仿真分析 COMSOL多物理场仿真软件 电容式多维力传感器

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基于虚拟仪器的多维力传感器静态标定系统研究

13

作者 刘京诚 李彦刚 +1 位作者 谢磊 刘俊 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2010年第11期86-89,共4页

对多维力传感器静态标定原理进行了研究,设计了由数据采集系统和静态性能分析系统组成的多维力传感器静态标定系统。在标定装置上分别对多维力传感器施加载荷,实时显示加载力信息,对输出数据采集并存储。数据采集系统同步实时采集传感... 对多维力传感器静态标定原理进行了研究,设计了由数据采集系统和静态性能分析系统组成的多维力传感器静态标定系统。在标定装置上分别对多维力传感器施加载荷,实时显示加载力信息,对输出数据采集并存储。数据采集系统同步实时采集传感器各维输出,避免了传统数据采集的测量误差。数字滤波和传感器性能分析模块实现了实时在线监测多维力传感器多项静态指标和对标定矩阵的高精度标定。通过实验测试,该标定系统达到了预期的性能指标,对多维力传感器性能标准的统一具有现实意义。 展开更多

关键词 多维力传感器 虚拟仪器 静态标定 间隔采样

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基于多维力传感器的手写信息采集系统设计 被引量：1

14

作者 孙增武 吴仲城 +2 位作者 罗健飞 林秋诗 任亭亭 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2014年第12期70-72,共3页

针对传统手写信息采集系统存在的信息获取不全面的弊端,设计了一种基于多维力传感器的手写信息采集系统,给出了系统的总体框架。系统以多维力传感器为核心,不仅实现了对手写过程静态轨迹信息的获取,同时实现了对手写多维力信息的获取。... 针对传统手写信息采集系统存在的信息获取不全面的弊端,设计了一种基于多维力传感器的手写信息采集系统,给出了系统的总体框架。系统以多维力传感器为核心,不仅实现了对手写过程静态轨迹信息的获取,同时实现了对手写多维力信息的获取。整个系统由用户接口模块、数据采集模块和数据处理模块组成,分析了各模块的设计思想和工作原理,并基于WinCE系统开发了一种手写信息采集系统。实验证明:该系统工作稳定,性能优良,实现了对手写过程中力和位置信息的全面获取。 展开更多

关键词 多维力传感器 手写 信息采集 WINCE

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基于PLS的多维力传感器动态力反演研究 被引量：1

15

作者 董建平 周兴林 朱攀 《计算机应用与软件》 北大核心 2022年第12期52-57,共6页

多维力传感器动态力反演时测量信号容易受噪声影响,导致被测信号失真,测量精度不高。针对这一问题,将偏最小二乘法应用于传感器被测量求解,建立时域反卷积求解模型,通过提取主要成分来减轻噪声影响,将被测信号作为模型系数辨识求解。采... 多维力传感器动态力反演时测量信号容易受噪声影响,导致被测信号失真,测量精度不高。针对这一问题,将偏最小二乘法应用于传感器被测量求解,建立时域反卷积求解模型,通过提取主要成分来减轻噪声影响,将被测信号作为模型系数辨识求解。采用交叉验证估计均方差的方法确定提取的成分数量,从而得到模型系数,最后重建得到传感器的各维动态力。偏最小二乘法有效避免了矩阵求解的病态问题,具有更好的鲁棒性。仿真结果表明,在较高噪声干扰的情况下,通过该方法依然能有效准确地实现输入信号的反演。 展开更多

关键词 多维力传感器 反演 偏最小二乘法 成分提取 交叉验证

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用于机器人抓取的谐振式柔性二维力传感器 被引量：1

16

作者 滕飞 王贞体 +3 位作者 刘平 郭欣欣 刘健 黄英 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第8期1329-1334,共6页

现有柔性多维力传感器普遍采用多单元结构组合来监测力输入,信号获取与分析难度大。提出了一种能够无线监测法向力与切向力的谐振式柔性力传感器。传感器由封装层、介质层、电感层以及电阻层构成,其中介质层材料为硅橡胶(Silicone Rubbe... 现有柔性多维力传感器普遍采用多单元结构组合来监测力输入,信号获取与分析难度大。提出了一种能够无线监测法向力与切向力的谐振式柔性力传感器。传感器由封装层、介质层、电感层以及电阻层构成,其中介质层材料为硅橡胶(Silicone Rubber,SR)与石墨烯(Graphene,GR)组成的柔性复合材料,电阻层材料为调制的炭黑(Carbon Black,CB)油墨。封装后的传感器在有线测试中表现出不错的力、电学性能,在无线测试中对法向力与切向力的灵敏度分别为2.78 MHz/N(0~20 N)与0.43 dB/N(0~5 N)。将传感器安装在机械手上以监测抓取过程中的法向力与切向力变化,研究结果表明该传感器在机器人触觉领域具有应用前景。 展开更多

关键词 机器人 触觉感知 多维力传感器 谐振式 机器人抓取

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运动-力解耦的多维轮力传感器研究 被引量：13

17

作者 冯李航 王东 +2 位作者 徐扬 林国余 张为公 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第5期1240-1248,共9页

介绍了一种具有运动-力解耦功能的多维车轮力传感器。基于车轮力传感器的特殊安装与实用环境的测量误差,在常规轮力传感器力-力维间解耦与测量的基础上,引入运动测量技术与校正方法,提出了一种联合的解耦方法,能够对运动场下传感器测量... 介绍了一种具有运动-力解耦功能的多维车轮力传感器。基于车轮力传感器的特殊安装与实用环境的测量误差,在常规轮力传感器力-力维间解耦与测量的基础上,引入运动测量技术与校正方法,提出了一种联合的解耦方法,能够对运动场下传感器测量的旋转耦合误差和惯性耦合误差进行补偿,同时还兼顾初值误差校准,进一步提高了车轮力的测量精度和稳定性,即实现运动-力解耦。 展开更多

关键词 车轮力传感器 运动-力解耦 多维力传感器 惯性耦合 旋转耦合

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多维力/力矩传感器静态解耦的研究 被引量：22

18

作者 姜力 刘宏 蔡鹤皋 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第3期284-287,共4页

多维力 /力矩传感器的静态耦合是影响其测量精度的主要因素之一。在研究基于最小二乘理论的多维力传感器静态线性解耦方法的同时 ,提出了一种基于 BP神经网络的静态非线性解耦方法。以 HIT灵巧手的微型五维指尖力 /力矩传感器为对象进... 多维力 /力矩传感器的静态耦合是影响其测量精度的主要因素之一。在研究基于最小二乘理论的多维力传感器静态线性解耦方法的同时 ,提出了一种基于 BP神经网络的静态非线性解耦方法。以 HIT灵巧手的微型五维指尖力 /力矩传感器为对象进行了实验 ,结果表明 。 展开更多

关键词 多维力传感器 多维力矩传感器 静态解耦 人工神经网络 测量精度 机器人

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基于光纤布拉格光栅的精细化多维力触觉传感器结构设计与仿真研究 被引量：7

19

作者 曾佳欣 熊鹏文 +2 位作者 张强 龚思瑾 黄鑫 《中国测试》 CAS 北大核心 2021年第11期94-100,共7页

针对胸腔穿刺引流等精细化微创手术中接触力反馈不佳及无法感知不同方向力触觉信息的问题,设计一种基于光纤布拉格光栅(FBG)的精细化多维力触觉传感器,其能同时感知到手术中所受的轴向力、扭矩力和径向力信息;同时,对FBG的传感原理进行... 针对胸腔穿刺引流等精细化微创手术中接触力反馈不佳及无法感知不同方向力触觉信息的问题,设计一种基于光纤布拉格光栅(FBG)的精细化多维力触觉传感器,其能同时感知到手术中所受的轴向力、扭矩力和径向力信息;同时,对FBG的传感原理进行推导,分析该触觉传感器的结构设计,并采用有限元分析软件ANSYS对该传感器结构分别进行轴向力、径向力和扭矩力的受力模拟仿真。结果表明改进后的传感器相对传统构型应力强度和应力敏感区域都有所增大,测力灵敏度较高,能够更精准的检测手术过程中各方向上的力,适合应用于胸腔穿刺引流等精细化微创手术中。 展开更多

关键词 微创手术 光纤布拉格光栅 多维力传感器 有限元分析

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面向机器人的多维力/力矩传感器综述 被引量：26

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作者 钟晓玲 张晓霞 《传感器与微系统》 CSCD 2015年第5期1-4,共4页

多维力/力矩传感器能同时检测两个和以上方向的力/力矩分量信息,且在机器人、航空航天、生物医学等众多领域发挥着重要作用。针对多维力/力矩传感器的研究现状,对国内外多维力/力矩传感器这一领域的研究成果进行了较为系统的介绍,对各... 多维力/力矩传感器能同时检测两个和以上方向的力/力矩分量信息,且在机器人、航空航天、生物医学等众多领域发挥着重要作用。针对多维力/力矩传感器的研究现状,对国内外多维力/力矩传感器这一领域的研究成果进行了较为系统的介绍,对各类典型的多维力/力矩传感器的优缺点进行了分析,并对这一技术的发展进行了总结。 展开更多

关键词 机器人 多维力/力矩传感器 优化设计 性能指标

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