单维力传感器.docx

《现代测试技术》传感器综述题目名称： 力觉传感器（单维力传感器） 班 级： 测控132 姓 名： 陆加义 学 号： 201333595213 组 员： 张超超、王梓葳、蒋威炜 日 期： 2016.11.29 嘉兴学院 机电工程学院单维机器人力传感器传感器的背景 力觉是指对机器人的手臂、手腕、手指和底座等部件在运动过程中所受力的感知。力传感器是一种能将各种力与力矩信息转换成电信号输出的装置。根据所测力的维数不同，又可分为单维和多维力传感器根据被测对象的负载，可以把力传感器分为测力传感器（单轴力传感器）、力矩表（单轴力矩传感器）、手指传感器（检测机器人手指作用力的超小型单轴力传感器）和六轴力觉传感器。力觉传感器根据力的检测方式不同，可以分为：（1）检测应变或应力的应变片式；（2）利用压电效应的压电元件式；（3）用位移计测量负载产生的位移的差动变压器、电容位移计式。对于工业机器人，由于应变片式传感器有价格低廉、适应性强等优点，得到广泛应用。 对于机器人，力（矩）觉用于感知夹持物体的状态，校正由于手臂变形引起的运动误差以及保护机器人及零件不会损坏。特别是对装配机器人更具有重要意义。主要包括关节力传感器、腕力传感器、机座传感器等。在选用力传感器时，首先要特别注意其使用范围。其次在常用的机器人力控制中，力的精度在许多情况下意义不大，而传感器的分辨率更为重要。另外，在机器人上实际安装使用力觉传感器时，一定要避免传感器在运动中与周围物体发生碰撞。这对使用者的人身安全、对保证机器人及外围设备不受损害有重要意义。单维机器人力传感器的主要分类1 测力传感器应变式力传感器 他能应用于从极小到很大的动、静态力的测量，且测量精度高，其使用量约占力传感器总量的90%左右。应变式力传感器的工作原理与应变式压力传感器基本相同，他也是有弹性敏感原件和贴在其上的应变片组成。应变式里床干起首先吧被测力转变成弹性元件的应变，再利用电阻应变效应测出应变，从而间接的测出力的大小。弹性元件的结构形式有柱形、筒形、环形、梁形、轮辐形、s形等压磁式力传感器 当铁磁裁量在受到外力的拉、压作用而在内部产生应力时，其导磁率会随应力的大小和方向而变化：受拉力时，沿力作用方向的导磁率增大，而在垂直于作用力的方向上导磁率略有减小；受压力作用时则导磁率的变化正好相反。这种物理现象就是磁铁材料的压磁效应。这种效应可用于力的测量。这里我主要介绍一下柱式拉力传感器：柱式传感器，是一种测量元件。采用仿真与实验方法，探讨了不同高度柱式应变测力传感器在各种偏心和斜载条件下，电桥直接输出值的百分比误差和利用神经网络进行应变数据融合后输出的百分比误差。在测量过程中重力作用于弹性体上从而产生形变，这一应变（正或负）被黏贴在弹性体上得应变片转化为电子信号。传感器除了包括必不可少的应变片和弹性体外，通常还包括保护应变片的外壳，密封元件等。如图：他有以下优点：结构简单紧凑，体积小，重量轻，坚固耐用，是其他结构的传感器所不可比拟的，所以它的材耗、工时消耗是最小的。2、弹性体的几何形状简单，设计计算、机械加工、表面处理都极简单。3、传感器刚性好，固有频率高，动态响应好，有利于动态测量。4、对振动不敏感，一般使用清晰度下可允许3g的拜动；抗过载能力和抗冲击能力均优于其它任何其他结构的传感器。5、柱式传感器的计量轴线与负荷方向重合，不存在固止边界条件对它的影响和约束。所以柱式传感器有比其它任何结构的传感器小得多的不重复度误差和滞后误差。6、采用单层膜片或双层膜片焊接密封工艺后，可获得很好的抗侧、抗扭能力。由此，它的方位误差可做得比其它任何结构传感器都小。2 力矩表 电动助力车（Pedelec）领域最前沿的技术是“力矩传感器”，它是自行车电动助力系统理解骑行者意图的核心。高端的电助力自行车均使用目前最具科技含量的“双边力矩传感器”，这种传感器技术长期被德国BOSCH及日本YAMAHA等几家跨国公司垄断，搭载这种传感器的车辆售价一般在2000欧元以上，这也是电助力自行车在中国无法打开市场的一大原因。在自行车创业团队中，轻客独立研发出了以力矩传感器为核心的智慧动力系统，使城市电助力车的整车价格在4000元以下，这个价格有望使这类车在国内得到普及。 随着技术发展，尤其是日本及欧美对于自行车这种形态的个人交通工具的推崇，“力矩传感器”最终被应用到了自行车上。相对落后的“后轴勾爪传感器”来说，双边力矩传感器的优势极为明显，它主要被安装在曲柄和牙盘之间，也就是五通的外侧，有些则直接安装在中轴上。世界上没有绝对的刚体，因此中轴在受力时就会产生极为细微的扭力形变，通过测量中轴表面的细微形变信号即可得出当前踩踏的力矩的大小，它的精度非常高。因为是由扭力测量力矩，所以力矩传感器也被称为“扭矩传感器