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六维力/力矩传感器的核心元件是弹性体,其结构直接影响六维力/力矩传感器的性能。首先,通过对各种弹性体结构的比较,选用三梁结构的弹性体;然后,通过有限元分析分析弹性体的变形,确定应变片的粘贴位置,得到三梁结构的测力机理;最后,提出一种将传递矩阵条件数及传递矩阵行范数两项指标综合的优化方法,并使用有限元仿真软件及数值计算软件对弹性体的尺寸参数进行优化,通过仿真验证所得尺寸参数的合理性。
设计传感器信号采集的硬件电路,选用MSC1210单片机,实现对应变电桥输出的微弱信号放大、滤波及模数转换等功能。采用高精度的数字温度传感器采集传感器内部的温度信号,为补偿应变片随温度变化而发生的性能变化提供了硬件保证。在上位机中编制对六维力/力矩传感器进行静态解耦、显示电桥输出及空间各力分量数据等程序。
设计标定实验台,对传感器施加各个方向力/力矩进行静态标定,采用最小二乘法对六维力/力矩传感器解耦,得到标定矩阵,计算标定精度、静态耦合率,结果表明传感器满足设计要求。