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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:2
1
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六维力传感器 数据采集 无线数据传输 分时复用 间解耦
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Stewart六维力传感器解耦算法优化 被引量:8
2
作者 刘晓宇 盖广洪 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第12期1858-1861,1868,共5页
为满足六维力传感器的高刚度要求,使用固支约束代替铰约束。通过对传感器样机单维加载获得的标定数据进行处理,发现在使用求解标定矩阵或BP神经网络训练的方法时,分别存在维间耦合较大和多维加载误差极大的问题。对此提出一种新的思路,... 为满足六维力传感器的高刚度要求,使用固支约束代替铰约束。通过对传感器样机单维加载获得的标定数据进行处理,发现在使用求解标定矩阵或BP神经网络训练的方法时,分别存在维间耦合较大和多维加载误差极大的问题。对此提出一种新的思路,即在标定时同时进行单维加载和多维加载。之后使用上述两种方法进行解耦,对比发现,对新的方法,在使用BP神经网络解耦时,将最大误差降低到了2.27%,证明该方法能够同时解决六维力传感器的维间耦合问题和多维加载问题。 展开更多
关键词 传感器 静态解耦 加载 间耦合
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Stewart六维力传感器优化设计 被引量:1
3
作者 盖广洪 高波 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2014年第3期96-98,102,共4页
对Stewart六维力传感器进行了优化设计分析,在有限元分析的基础上,通过球头球窝结构、十字槽结构以及圆环内嵌十字梁结构等形式,增强了传感器整体的抗耦能力。同时,对优化前后的传感器进行了试验比对,在一维加载时,传感器的最大误差由3.... 对Stewart六维力传感器进行了优化设计分析,在有限元分析的基础上,通过球头球窝结构、十字槽结构以及圆环内嵌十字梁结构等形式,增强了传感器整体的抗耦能力。同时,对优化前后的传感器进行了试验比对,在一维加载时,传感器的最大误差由3.28%减小到0.41%;在三维加载时,最大误差由4.76%减小到2.22%。从以上的数据可以看出:改进后的设计更加合理,提高了传感器的精度。 展开更多
关键词 传感器 复合加载 去耦结构
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基于堆叠学习的六维力传感器解耦方法研究
4
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
5
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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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
6
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 /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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六维力传感器输出信号采集系统研究
7
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 被引量:1
8
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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预紧式Stewart结构六维力/力矩传感器 被引量:16
9
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 /传感器 解耦矩阵
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基于Stewart结构六维大力传感器的性能分析及结构优化 被引量:13
10
作者 贾振元 褚宏飞 +2 位作者 刘巍 林盛 卢晓红 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第2期341-346,共6页
针对基于Stewart结构新型六维大力传感器在结构设计时存在诸多性能指标难以均衡的问题,对传感器的结构几何参数与其性能的关系进行了分析。依据基于Stewart结构六维大力传感器的测量原理,建立了传感器测量精度与一阶静力影响系数矩阵条... 针对基于Stewart结构新型六维大力传感器在结构设计时存在诸多性能指标难以均衡的问题,对传感器的结构几何参数与其性能的关系进行了分析。依据基于Stewart结构六维大力传感器的测量原理,建立了传感器测量精度与一阶静力影响系数矩阵条件数的关系模型。通过分析力及力矩一阶静力影响系数矩阵和力及力矩柔度矩阵,揭示了传感器的各向同性指标、灵敏度及其各向同性指标与其结构参数之间的相互关系。并通过图谱优化方法和遗传算法对新型六维大力传感器的结构参数进行了优化。其分析结果将为六维大力传感器的结构设计提供有效的参考。 展开更多
关键词 传感器 各向同性 矩各向同性 图谱分析
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基于Stewart平台六维力传感器的分区静态标定方法 被引量:5
11
作者 李海滨 隋春平 +3 位作者 王洪光 高理富 赵明扬 龚海里 《传感技术学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第1期132-136,共5页
基于Stewart平台的六维力传感器具有结构紧凑、刚度大、量程宽等特点,它在工业机器人、空间站对接等领域具有广泛的应用前景。好的标定方法是正确使用传感器的基础。由于基于Stewart平台的六维力传感器是一个复杂的非线性系统,所以采用... 基于Stewart平台的六维力传感器具有结构紧凑、刚度大、量程宽等特点,它在工业机器人、空间站对接等领域具有广泛的应用前景。好的标定方法是正确使用传感器的基础。由于基于Stewart平台的六维力传感器是一个复杂的非线性系统,所以采用常规的线性标定方法必将带来较大的标定误差从而影响其使用性能。标定的实质是,由测量值空间到理论值空间的映射函数的确定过程。由函数逼近理论可知,当只在已知点集上给出函数值时,可用多项式或分段多项式等较简单函数逼近待定函数。基于上述思想,本文将整个测量空间划分为若干连续的子测量空间,再对每个子空间进行线性标定,从而提高了整个测量系统的标定精度。实验分析结果表明了该标定方法有效。 展开更多
关键词 传感器 标定 子空间
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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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Stewart型六维力传感器的静态解耦实验 被引量:11
13
作者 金振林 岳义 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第12期1715-1717,共3页
本文研究了一种Stewart型机器人六维力传感器的静态解耦实验问题,为该种六维力传感器的实用及其产业化奠定基础,并且介绍了传感器测试原理、标定装置,进行静态标定与解耦实验。实验结果分析表明,该六维力传感器解耦性良好,满程测量精度... 本文研究了一种Stewart型机器人六维力传感器的静态解耦实验问题,为该种六维力传感器的实用及其产业化奠定基础,并且介绍了传感器测试原理、标定装置,进行静态标定与解耦实验。实验结果分析表明,该六维力传感器解耦性良好,满程测量精度能达到2%。 展开更多
关键词 传感器机器人 stewart平台 静态解耦实验
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基于灵敏度指标的Stewart型六维力传感器结构参数设计 被引量:2
14
作者 张景柱 徐诚 郭凯 《南京理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第2期135-139,共5页
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... 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。 展开更多
关键词 传感器 灵敏度 影响因子 性能图谱
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Stewart结构六维力传感器力各向同性研究 被引量:2
15
作者 张晓辉 高峰 贺永生 《机械设计》 CSCD 北大核心 2004年第7期9-11,共3页
对于Stewart并联结构的六维力传感器 ,当坐标系建立在下平台的几何中心处 ,根据传感器的静态数学模型 ,研究了力各向同性指标 ,得到力各向同性的具体解析表达式 ,同时对力各向同性进行了图谱分析 。
关键词 传感器 各向同性 图谱分析 stewart结构 坐标系
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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
16
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 矩各向同性 图谱分析
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Stewart型六维力传感器弹性体结构的设计 被引量:1
17
作者 陆永华 赵东标 吕霞 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2005年第7期796-799,共4页
对六维力/力矩传感器弹性体结构进行了分析;提出了基于Stewart平台的球铰接分体式弹性体的设计方案;根据力的叠加原理对传感器分别施加单轴力,分析得到最大受力杆;并利用Matlab软件分析计算系数转换矩阵,得到施加的力与六维力之间的转... 对六维力/力矩传感器弹性体结构进行了分析;提出了基于Stewart平台的球铰接分体式弹性体的设计方案;根据力的叠加原理对传感器分别施加单轴力,分析得到最大受力杆;并利用Matlab软件分析计算系数转换矩阵,得到施加的力与六维力之间的转换方程;调整上下平台夹角α、β及杆长L等参数,对传感器结构参数进行优化设计,得到设计数据表;为Stewart六维力传感器结构参数的选择及优化提供了参考依据。 展开更多
关键词 /传感器 stewart平台 弹性体 优化设计
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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
18
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 /传感器 刚度 刚度椭球 柔度 柔度椭球
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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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Stewart型六维力传感器的标定方法研究 被引量:8
20
作者 张韬 杨德华 +1 位作者 肖心怡 吴常铖 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第9期1274-1278,共5页
I、II类误差是影响Stewart型六维力传感器测量精度的主要因素,对Stewart型六维力传感器的测力原理和误差引入原因做了简要的介绍。为提高传感器的实际测量精度,减小测量误差,提出了一种基于标定杆的标定方案。通过理论分析验证了该方案... I、II类误差是影响Stewart型六维力传感器测量精度的主要因素,对Stewart型六维力传感器的测力原理和误差引入原因做了简要的介绍。为提高传感器的实际测量精度,减小测量误差,提出了一种基于标定杆的标定方案。通过理论分析验证了该方案的可行性并通过有限元仿真软件ANSYS完成了Stewart型六维力传感器的静态标定仿真实验。标定前后传感器测量精度的对比证明该方案可有效提高传感器的实际测量精度,降低I、II类误差。 展开更多
关键词 stewart 传感器 静态标定 仿真 ANSYS
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