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机器人手指尖六维力/力矩传感器的研制 被引量:2
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作者 高晓辉 刘宏 +1 位作者 蔡鹤皋 姜力 《高技术通讯》 EI CAS CSCD 2002年第3期67-69,95,共4页
提出一种机器人手指尖六维力 /力矩传感器 ,并对其弹性体结构进行详细论述 ;分析应变量与测量量的对应关系 ;采用现代设计手段对弹性体进行模态分析。并介绍了传感器放大处理电路 。
关键词 传感器 弹性体 应变 机器人 模态分析 手指尖六维力/力矩传感器
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采用长短期记忆神经网络的压电式六维力/力矩传感器解耦算法
2
作者 亓振广 王桂从 +2 位作者 褚宏博 张帅 李映君 《西安交通大学学报》 北大核心 2025年第4期158-170,共13页
针对压电式六维力/力矩传感器存在的维间耦合导致传感器测力性能下降问题,提出了一种基于长短期记忆神经网络(LSTM)的压电式六维力/力矩传感器解耦算法。首先,通过六维力传感器静态标定实验,获取解耦算法所需的实验数据,并对其进行处理... 针对压电式六维力/力矩传感器存在的维间耦合导致传感器测力性能下降问题,提出了一种基于长短期记忆神经网络(LSTM)的压电式六维力/力矩传感器解耦算法。首先,通过六维力传感器静态标定实验,获取解耦算法所需的实验数据,并对其进行处理;然后,通过分析传感器维间耦合产生的原因及LSTM神经网络解耦原理,构建LSTM神经网络解耦模型;最后,采用基于LSTM神经网络的解耦算法,对传感器输出的多维非线性特性开展优化,解耦后得到传感器输入、输出之间的映射关系和对应的输出数据,并与径向基函数(RBF)及最小二乘(LS)解耦算法进行对比分析。研究结果表明:所使用四点支撑式压电六维力传感器的最大重复性误差为1.55%;采用基于LSTM的神经网络算法解耦后,传感器输出结果的最大非线性误差、交叉耦合误差分别为0.55%和0.28%,均小于RBF和LS算法。LSTM神经网络解耦算法能有效减少六维力/力矩传感器的维间耦合,提高传感器的测量精度,对航空航天领域的发展具有参考意义。 展开更多
关键词 /力矩传感器 压电式 解耦算法 长短期记忆神经网络 间耦合
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基于堆叠学习的六维力传感器解耦方法研究
3
作者 戴裕强 王鹏 +5 位作者 张昌明 李威 石宇航 吴佳敏 付麒瑞 孙茹雪 《仪表技术与传感器》 北大核心 2025年第3期20-24,共5页
针对线性解耦算法精度差、改进算法或部分融合算法无法满足指尖六轴力/扭矩传感器静态校准数据高精度解耦需求的问题,提出了一种堆叠集成学习模型以同时提高6个维度的解耦精度并减少串扰。该模型将极端随机树、多层感知机神经网络、装... 针对线性解耦算法精度差、改进算法或部分融合算法无法满足指尖六轴力/扭矩传感器静态校准数据高精度解耦需求的问题,提出了一种堆叠集成学习模型以同时提高6个维度的解耦精度并减少串扰。该模型将极端随机树、多层感知机神经网络、装袋集成学习、投票法和自适应提升算法作为元学习器,最小二乘线性回归模型作为集成模型。实验结果表明:堆叠学习模型有效地结合了5种算法的解耦特点,6个维度的解耦精度提高了20.7%~95.1%。 展开更多
关键词 传感器 集成学习 堆叠学习 解耦方法
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基于改进遗传算法的六维力传感器解耦方法
4
作者 李威 王鹏 +5 位作者 戴裕强 石宇航 赵润芝 张昌明 杨帆 孙茹雪 《传感技术学报》 北大核心 2025年第7期1229-1236,共8页
针对六维力传感器在解耦过程中存在的维间耦合问题,提出了一种基于BP神经网络的优化解耦模型,为提升模型性能,改进遗传算法的适应度值、交叉概率和变异概率,并引入模拟退火算法进行进一步优化,所得的最优解即为最佳解耦策略。基于L型指... 针对六维力传感器在解耦过程中存在的维间耦合问题,提出了一种基于BP神经网络的优化解耦模型,为提升模型性能,改进遗传算法的适应度值、交叉概率和变异概率,并引入模拟退火算法进行进一步优化,所得的最优解即为最佳解耦策略。基于L型指尖六维力和商用应变式平面十字梁六维力传感器的标定数据,分别对改进遗传算法进行验证,结果表明:改进的SA-GA算法在求解速度、收敛性和解耦精度方面显著提升,相较于传统遗传算法,Ⅰ类误差平均降低1.36%,Ⅱ类误差平均降低1.72%。基于机器学习的解耦算法有效减少了耦合误差,显著提升多维力传感器的测量精度,并为传感器优化提供了可靠的技术支持。 展开更多
关键词 传感器 解耦研究 神经网络 改进遗传算法
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Stewart六维力传感器与多节点无线通信数据采集 被引量:1
5
作者 张永涛 李炜 程养民 《传感技术学报》 北大核心 2025年第5期780-787,共8页
为了能够实时获取自主研制的Stewart六维力传感器多点位的加载力和力矩信息,同时克服传统有线传输布线复杂的缺点并解决其他无线传输方式的功耗问题,采用基于LoRa的无线数据传输方式设计了一套多节点数据采集系统。整套系统MCU选用完全... 为了能够实时获取自主研制的Stewart六维力传感器多点位的加载力和力矩信息,同时克服传统有线传输布线复杂的缺点并解决其他无线传输方式的功耗问题,采用基于LoRa的无线数据传输方式设计了一套多节点数据采集系统。整套系统MCU选用完全集成的混合信号片上系统C8051F350,内部AD采集应变信号并存储,通过基于LoRa调制解调技术的SX1280射频芯片传至上位机。上位机接收数据后对数据进行标定等处理。而这整套系统的核心就在于要在软件层面对系统资源进行调动并保证多节点数据有序传输。最终经过不断实验测试,能够保证力和力矩的测量值与实际值之间的最大量程误差保持在±1%以内,为多节点无线数据传输提供了一定的参考意义。 展开更多
关键词 Stewart传感器 数据采集 无线数据传输 分时复用 间解耦
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六维力传感器输出信号采集系统研究
6
作者 王佳瑞 陈宁 《现代电子技术》 北大核心 2025年第10期152-156,共5页
为了实现应变式六维力传感器输出信号稳定、高速且准确的采集和在线解耦,设计一个可实现六维力传感器输出信号在线解耦的采集系统。该系统采用STM32G431C8T6作为主控芯片,利用MAX11270将采集到的电压信号转化为数字信号输出。数字信号通... 为了实现应变式六维力传感器输出信号稳定、高速且准确的采集和在线解耦,设计一个可实现六维力传感器输出信号在线解耦的采集系统。该系统采用STM32G431C8T6作为主控芯片,利用MAX11270将采集到的电压信号转化为数字信号输出。数字信号通过SPI通信传回主控芯片,由巴特沃斯数字滤波器处理后,利用离线训练好的解耦参数在主控芯片中实现在线解耦,最后通过ModBus协议输出至上位机。利用静态标定获取的标定样本进行实验研究,结果表明,解耦后的Ⅰ类误差不大于2.5%FS,Ⅱ类误差不大于1.7%FS。 展开更多
关键词 传感器 信号采集 数字滤波 STM32 在线解耦 模数转换
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一种双L型梁电容式六维力传感器设计
7
作者 蒲明辉 杨玉坤 薛斌 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2024年第8期12-18,共7页
为设计一款高性能电容式六维力传感器,结合T型梁和十字型双直梁的优点,构建了一种双L型结构弹性梁,传感器转换元件采用差动结构平行极板电容器以降低传感器的测量误差,以转换矩阵的条件数为目标函数,应用粒子群算法与有限元仿真相结合... 为设计一款高性能电容式六维力传感器,结合T型梁和十字型双直梁的优点,构建了一种双L型结构弹性梁,传感器转换元件采用差动结构平行极板电容器以降低传感器的测量误差,以转换矩阵的条件数为目标函数,应用粒子群算法与有限元仿真相结合的方法对该传感器的结构参数进行优化设计,得到最优结构参数后进行仿真,结果显示该构型的电容式六维力传感器仿真精度为0.4258%。最后对该传感器进行加工与标定实验,结果显示该传感器的实验精度达到0.6376%。 展开更多
关键词 电容式传感器 弹性梁结构 差动结构电容器 粒子群算法 优化设计
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平板式压电六维力/力矩传感器的研制 被引量:12
8
作者 刘俊 秦岚 +2 位作者 李敏 刘京诚 薛联 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第7期1569-1579,共11页
针对弹性体式六维力/力矩传感器存在的技术瓶颈,提出了一种新型平板式压电六维力/力矩传感器。首先,介绍了传感器的结构和工作原理,提出了两种石英晶片组布置方案。然后,推导了两种布置方案的传感器的数学模型,并建立了有限元模型,仿真... 针对弹性体式六维力/力矩传感器存在的技术瓶颈,提出了一种新型平板式压电六维力/力矩传感器。首先,介绍了传感器的结构和工作原理,提出了两种石英晶片组布置方案。然后,推导了两种布置方案的传感器的数学模型,并建立了有限元模型,仿真得到了两种结构传感器输出的电荷灵敏度、维间干扰、固有频率等重要参数,确定了石英晶片组相对合理的布置方式。最后,对传感器进行了静态和动态标定。研究结果表明:传感器结构简单合理、仿真分析方法和数学模型正确,固有频率>25 kHz,使用退耦矩阵后传感器的维间干扰<3%,基本满足传感器的设计指标。 展开更多
关键词 压电传感器 传感器 /力矩传感器 有限元分析
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六维力/力矩传感器静态解耦算法的研究与应用 被引量:25
9
作者 茅晨 宋爱国 +1 位作者 高翔 徐国政 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2015年第2期205-210,共6页
维间耦合是影响多维力/力矩传感器测量精度的一个主要因素。介绍了六维力/力矩传感器维间耦合的基本原理,在研究基于求解矩阵广义逆的静态解耦算法的基础上,提出了基于耦合误差建模的静态解耦算法。以实验室研制的六维力/力矩传感器为... 维间耦合是影响多维力/力矩传感器测量精度的一个主要因素。介绍了六维力/力矩传感器维间耦合的基本原理,在研究基于求解矩阵广义逆的静态解耦算法的基础上,提出了基于耦合误差建模的静态解耦算法。以实验室研制的六维力/力矩传感器为例进行标定实验,用两种解耦算法对其进行解耦计算。实验结果证明基于耦合误差建模的静态解耦算法的有效性。 展开更多
关键词 间耦合 /力矩传感器 耦合误差模型 静态解耦算法
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预紧式Stewart结构六维力/力矩传感器 被引量:16
10
作者 赵磊 刘巍 巩岩 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第12期2954-2962,共9页
针对六维力/力矩传感器测量量程受限问题,提出一种具有分载测量功能的预紧式Stewart结构六维力/力矩传感器。首先,对比传统Stewart结构力/力矩传感器,阐述了预紧式六维力/力矩传感器的结构特点和测量原理。然后,完成了预紧式Stewart结... 针对六维力/力矩传感器测量量程受限问题,提出一种具有分载测量功能的预紧式Stewart结构六维力/力矩传感器。首先,对比传统Stewart结构力/力矩传感器,阐述了预紧式六维力/力矩传感器的结构特点和测量原理。然后,完成了预紧式Stewart结构六维力/力矩传感器的结构设计。建立了传感器的有限元模型,对模型进行了模态分析,得到了传感器的前五阶固有频率和振型,并确定了传感器的工作带宽为0~204Hz。最后,研究了传感器的静态标定原理,并对传感器进行了静态标定实验,得到了传感器的标定实验解耦矩阵。实验结果表明,该预紧式Stewart结构六维力/力矩传感器的测力量程为0~3 000N,测力矩量程达0~300N.m,测量精度优于实际值的7.5%。传感器能够满足空间六维力/力矩的测量,具有量程大、解耦计算简单、安装调试方便等优点。 展开更多
关键词 Stewart并联结构 /力矩传感器 解耦矩阵
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新型灵巧手指六维力传感器参数设计方法研究 被引量:15
11
作者 金振林 赵现朝 高峰 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第4期371-374,413,共5页
研究机器人力传感器性能与其结构参数关系 ,对机器人力传感器结构参数的合理选择有重要意义。提出了一种以等平台Stewart机构为原形的新型机器人灵巧手指六维力传感器 ,基于对其位移刚度椭球和扭转刚度椭球的分析 ,分别定义了其位移刚... 研究机器人力传感器性能与其结构参数关系 ,对机器人力传感器结构参数的合理选择有重要意义。提出了一种以等平台Stewart机构为原形的新型机器人灵巧手指六维力传感器 ,基于对其位移刚度椭球和扭转刚度椭球的分析 ,分别定义了其位移刚度和扭转刚度各向同性性能指标 ,并以性能图谱的形式给出了性能指标与结构参数关系 。 展开更多
关键词 传感器 灵巧手 并联机构 刚度各向同性 设计方法 机器人
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Stewart六维力/力矩传感器弹性体的设计分析 被引量:3
12
作者 陆永华 赵东标 +1 位作者 吕霞 李静 《南京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第3期376-380,共5页
分析了六维力/力矩传感器弹性体结构;提出了基于Stewart平台的球形连接分体式弹性体的设计方案;对Stewart平台的六维力弹性体结构进行建模,用有限元方法做单维力和力矩的加载求解;经数值分析得到应力与应变的分布,从而求解出最大受力分... 分析了六维力/力矩传感器弹性体结构;提出了基于Stewart平台的球形连接分体式弹性体的设计方案;对Stewart平台的六维力弹性体结构进行建模,用有限元方法做单维力和力矩的加载求解;经数值分析得到应力与应变的分布,从而求解出最大受力分布点,经线性变化得到输出与载荷之间的传递矩阵,并求解出六维力大小;调整上下平台夹角α,β,半径R1,R2及杆长L等参数,对传感器结构参数进行设计,列出设计数据表为Stewart六维力传感器结构参数的设计提供了参考依据。 展开更多
关键词 传感器 STEWART平台 有限元方法 数值计算
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六维力/力矩传感器干扰及其标定方法 被引量:7
13
作者 陈雄标 姚英学 袁哲俊 《传感器技术》 CSCD 1995年第2期37-40,共4页
论述六维力/力矩传感器的典型结构及其特点,并从理论上分析了传感器产生干扰的原因。在建立标定矩阵新概念的基础上,提出了一种传感器的自动标定的方法,其具有简单、快捷、准确,并能完全消除加载力误差影响等特点。
关键词 力矩传感器 干扰 标定矩阵 传感器
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超薄六维力/力矩传感器优化设计及其解耦 被引量:4
14
作者 梁桥康 王耀南 《湖南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第6期53-57,共5页
为降低六维力/力矩传感器的高度尺寸对基座和驱动部件引起的附加力矩,结合有限元分析法、SDO方法和神经网络方法,设计了一种新型的基于应变检测原理的超薄六维力/力矩传感器,其高度尺寸可控制在15mm以内.为进一步提高设计的六维力/力矩... 为降低六维力/力矩传感器的高度尺寸对基座和驱动部件引起的附加力矩,结合有限元分析法、SDO方法和神经网络方法,设计了一种新型的基于应变检测原理的超薄六维力/力矩传感器,其高度尺寸可控制在15mm以内.为进一步提高设计的六维力/力矩传感器的精度,对其进行非线性维间解耦和标定,实验结果表明,传感器精度性能优良,最大线性度误差为0.15%F.S.,其设计和优化过程正确合理,最大耦合误差为1.6%F.S.,各维在满量程时的输出相等,具有各维同性. 展开更多
关键词 优化设计 /力矩传感器 非线性解耦 神经网络
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Stewart结构六维力传感器力矩各向同性研究 被引量:4
15
作者 张晓辉 高峰 《计量学报》 EI CSCD 北大核心 2005年第1期30-33,52,共5页
对于Stewart并联结构的六维力传感器,应用并联机器人机构学理论,根据传感器的静态数学模型,研究当坐标系建立在下平台的几何中心处时,传感器的力矩各向同性指标。利用空间模型理论对力矩各向同性进行了图谱分析,并研究了坐标系变化时的... 对于Stewart并联结构的六维力传感器,应用并联机器人机构学理论,根据传感器的静态数学模型,研究当坐标系建立在下平台的几何中心处时,传感器的力矩各向同性指标。利用空间模型理论对力矩各向同性进行了图谱分析,并研究了坐标系变化时的力矩各向同性指标,以此作为该传感器的结构优化设计和应用的理论依据。 展开更多
关键词 计量学 传感器 力矩各向同性 图谱分析
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新型机器人手指六维力传感器系统设计 被引量:9
16
作者 张晓辉 高峰 《传感器技术》 CSCD 北大核心 2003年第9期22-24,27,共4页
针对六维力传感器刚度低、尺寸大等问题,设计了一种可应用于机器人手指的、新型Stewart并联结构的六维力传感器。对该六维力传感器的结构、测量电路等进行了设计,并对传感器标定数据进行了分析,结果表明该传感器系统设计理论正确,且具... 针对六维力传感器刚度低、尺寸大等问题,设计了一种可应用于机器人手指的、新型Stewart并联结构的六维力传感器。对该六维力传感器的结构、测量电路等进行了设计,并对传感器标定数据进行了分析,结果表明该传感器系统设计理论正确,且具有一定应用价值。 展开更多
关键词 传感器 Stewan并联结构 机器人手指 测量电路
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基于Stewart构型的六维力/力矩传感器刚柔度性能研究 被引量:1
17
作者 张景柱 徐诚 郭凯 《机械设计》 CSCD 北大核心 2007年第7期6-8,16,共4页
刚柔度是传感器的基本特性,是在工作空间中定量衡量其性能与结构参数间关系的重要指标。应用并联机器人机构学理论,对基于Stewart结构六维力传感器的性能指标进行理论推导,定义并分析了其刚度和柔度性能指标,为六维力传感器的优化设计... 刚柔度是传感器的基本特性,是在工作空间中定量衡量其性能与结构参数间关系的重要指标。应用并联机器人机构学理论,对基于Stewart结构六维力传感器的性能指标进行理论推导,定义并分析了其刚度和柔度性能指标,为六维力传感器的优化设计和工程应用提供理论基础。 展开更多
关键词 /力矩传感器 刚度 刚度椭球 柔度 柔度椭球
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电容式六维力与力矩传感器数据采集系统设计 被引量:8
18
作者 蒲明辉 艾振军 +2 位作者 尹飞 赵仁东 梁权 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2023年第1期17-21,26,共6页
为实现电容式六维力与力矩传感器测量力与力矩信息的实时采集和显示,针对实验室自主研制的电容式六维力与力矩传感器开发了一套数据采集系统。系统以STM32F103C8T6作为主控芯片,电容信号经AD7147采集并转换为数字信号,转换结果经隔离型... 为实现电容式六维力与力矩传感器测量力与力矩信息的实时采集和显示,针对实验室自主研制的电容式六维力与力矩传感器开发了一套数据采集系统。系统以STM32F103C8T6作为主控芯片,电容信号经AD7147采集并转换为数字信号,转换结果经隔离型SPI通讯传输到主控芯片后,主控芯片通过基于Modbus协议的RS485通讯发送给上位机。上位机采用WinForm界面进行设计,能对数据进行进一步标定计算处理,并最终实现所测量力与力矩值的实时显示与保存。经过实验测试,采集系统的测量值和实际加载的力与力矩值的测量误差低于3%。该系统的采样精度高、开发成本低且上位机功能完善,为电容式六维力与力矩传感器的应用研究提供了重要的信息。 展开更多
关键词 电容式力矩传感器 数据采集 STM32 WINFORM
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复合梁结构小型六维力传感器的优化设计
19
作者 孙逸文 陈希良 谢正宇 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2024年第3期21-28,共8页
文中设计了一种三横梁与三竖梁复合的六维力传感器弹性体结构,使其外径缩小至40 mm,整个传感器装配完成后外径为45 mm。首先基于有限元技术分析了其在各种载荷条件下的应变分布,根据应变分布特性,设计了传感器的惠斯登电桥方案,推导了... 文中设计了一种三横梁与三竖梁复合的六维力传感器弹性体结构,使其外径缩小至40 mm,整个传感器装配完成后外径为45 mm。首先基于有限元技术分析了其在各种载荷条件下的应变分布,根据应变分布特性,设计了传感器的惠斯登电桥方案,推导了每个方向的输出电压公式。在此基础上,基于Box-Behnken响应面法开展弹性体结构的优化,以弹性体上应变片贴片位置的平均应变作为优化目标,通过多目标遗传算法得到最优设计参数,F_(x)、F_(y)、F_(z)、M_(x)、M_(y)、M_(z) 6个方向的平均应变分别是优化前的1.5833、1.5632、1.7338、1.5113、1.5109、2.171倍。进行样机制作,完成标定实验,使用最小二乘法求得解耦矩阵,通过解耦矩阵求得传感器的Ι类误差分别为0.18%、0.42%、0.41%、0.05%、0.49%、0.6%,ΙΙ类误差最大值为1.665%,精度高,维间耦合小,验证了该结构的可行性。 展开更多
关键词 传感器 复合梁结构 结构参数优化 响应面法 最小二乘法
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一种新型平板式压电六维力/力矩传感器及仿真实验
20
作者 刘俊 秦岚 +2 位作者 李敏 刘京诚 薛联 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第3期354-359,共6页
针对弹性体式六维力/力矩传感器存在的瓶颈矛盾,提出了一种新型平板式压电六维力/力矩传感器。首先,介绍了传感器的结构和工作原理。然后,推导了传感器的数学模型,建立了传感器的有限元模型。最后,得到了传感器输出的电荷灵敏度、维间... 针对弹性体式六维力/力矩传感器存在的瓶颈矛盾,提出了一种新型平板式压电六维力/力矩传感器。首先,介绍了传感器的结构和工作原理。然后,推导了传感器的数学模型,建立了传感器的有限元模型。最后,得到了传感器输出的电荷灵敏度、维间干扰、固有频率、载荷传递系数、退耦矩阵等重要参数。研究结果表明:传感器结构简单合理、数学模型正确、加工工艺性好、线性度好、刚度高、固有频率大于25 kHz、使用退耦矩阵后的维间干扰小于1%。基本满足传感器的设计指标。 展开更多
关键词 压电传感器 /力矩传感器 有限元
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