机器人运动控制 | 开发基于应变的三分量传感器

达姆施塔特工业大学仿真机器人项目需要为负重行走机器人开发更具成本效益的感应足，以实现对机器人的运动控制。在HBK的帮助下，开发了基于应变的三分量力传感器，来调节机器人的运动控制。

三分量力传感器结构

为了测量x、y 和 z轴方向的力，共安装了三个应变全桥：

• z方向力测量：4个应变花K-TA11K3/350采用双组份冷固化胶安装在薄片式弹性体内部。
• x和y方向力测量：8个应变片K-LU13K1.6/350被黏贴在弹性体外部。这种带背胶的应变片可以采用热固化方式，并且安装更方便。

应变计的排布如图1所示。1-4号应变片测量z方向，5-12号应变片测量x和y方向。这种三轴力传感器采用铝制圆柱形梁式结构。生产简单，成本低廉。

图1 上图为三维弹性体上的应变片，下图为应变片在展开弹性体上的排布

为了测量最小的电阻变化，需要将应变片需要以全桥方式安装（见图2）。在ANSYS Workbench 19.1帮助下，应变被确定到指定方向。

图2 三个应变全桥连接，桥路扰度，应变和串扰

产品原型测试运行

为了对三分量力传感器进行验证，开发了一个产品原型。在第一次试运行中需要对该原型进行评估和校准。借助校准装置，三个方向的力依次加载。

图3 三分量力传感器产品原型

输入和输出的校准条件如下：

测试运行结果

校准的测量曲线以橙色、绿色和黑色显示在图表中。参考力值以蓝色蓝色曲线显示，用于比较。

图4 Fx校准测量过程

图5 Fy校准测量过程

图6 Fz校准测量过程

 

与参考传感器的绝对平均误差和相对平均误差：

第一次试运行的结果清楚地表明，我们的标准应变片已经取得了很大的成功。为了对绝对平均误差和相对平均误差进一步优化，达姆施塔特技术大学还会进行一个后续项目。

官网：

<HBM应变片：应力测试测量首选>

<HBM称重传感器：称重精度，久经验证>

<HBM力传感器： 应变和压电两种测量技术>

<HBM扭矩传感器和转矩传感器>

<电功率测试 - 从部件到车辆能源管理>

<数据采集系统与设备>

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