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多维力传感器是什么原理的?

2020-03-28 13:47:39

多维力传感器是基于应变电桥原理的由多组应变计构成的多维力力矩测量传感器

其结构体是由三组或多组弹性应变梁构成的一体加工的整体,在每个应变梁上贴有一组或多组应变计,其中包含金属箔应变计和硅应变计;作为一个整体,传感器在某一个方向受力时其所有弹性梁上的多组应变计均有输出,这样我们会得到六组应变计输出信号,而这里的六组应变计输出并不能简单理解为一组信号输出对应某单一加载的物理量,而是通过出厂之前标定的六维矩阵来进行解耦运算来得出每个方向对应的力或力矩。

在某些场合,不需要测量完整的六个力和力矩分量而只需要测量其中某几个分量,因此,就有了二、三、四、五维的多维力传感器,其中每一种传感器都可能包含有多种组合形式。 多维力传感器与单轴力传感器比较,除了要解决对所测力分量敏感的单调性和一致性问题外,还要解决因结构加工和工艺误差引起的维间(轴间)干扰问题、动静态标定问题以及矢量运算中的解耦算法和电路实现等。我们已经彻底解决了多维力传感器研究中的科学问题,如弹性体的结构设计、力学性能评估、矢量解耦算法等,也掌握了核心制造技术,具有从宏观机械到微机械的设计加工能力。产品覆盖了二维到六维的全系列多维传感器,量程范围从几百克力到几十吨,并获得弹性体结构和矢量解耦电路等方面多项专利技术。 多维力传感器广泛应用于机器人手指、手爪研究;机器人外科手术研究;指力研究;牙齿研究;力反馈;刹车检测;精密装配、切削;复原研究;整形外科研究;产品测试;触觉反馈;示教学习。行业覆盖了机器人、汽车制造、自动化流水线装配、生物力学、航空航天、轻纺工业等领域。

多维力传感器

多维力传感器 - 结构类别

三维力传感器能同时检测三维空间的三个力信息(Fx、Fy、Fz),通过它控制系统不但能检测和控制机器人手爪取物体的握力,而且还可以检测抓物体的重量,以及在抓取操作过程中是否有滑动、振动等。三维指力传感器有侧装和顶装式两种,侧装式三维力指力传感器一般用于二指的机器人夹持器,顶装式三维指力传感器一般用于机器人多指灵巧手。 六维力传感器是智能机器人重要的传感器,它能同时检测三维空间(笛卡尔坐标系)的全力信息,即三个力分量和三个力矩分量。 本产品广泛应用于精密装配,自动磨削、轮廓跟踪、双手协调、零力示教等作业中,在航空、航天及机械加工,汽车等行业中有广泛的应用。 传感器弹性体采用专利结构,灵敏度高、刚性好、维间耦合小、有机械过载保护功能。综合解耦桥路信号综合为三维空间的六个分量,可直接用于力控制。采用标准串口和并口输入输出。产品既可与控制计算机组成两级计算机系统,也可联接终端,构成独立的测试装置。

多维力传感器

多维力传感器 - 传感器选型

传感器被喻为电子衡器的心脏,它的性能在很大程度上决定了电子衡器的准确度和稳定性。在设计电子衡器时,经常要遇到如何选用传感器的问题。 称重传感器实际上是一种将质量信号转变为可测量的电信号输出的装置。用传感器应先要考虑传感器所处的实际工作环境,这点对正确选用传感器至关重要,它关系到传感器能否正常工作以及它的安全和使用寿命,乃至整个衡器的可靠性和安全性。 环境给传感器造成的影响主要有以下几个方面:

(1)高温环境对传感器造成涂覆材料熔化、焊点开化、弹性体内应力发生结构变化等问题。对于高温环境下工作的传感器常采用耐高温传感器;另外,必须加有隔热、水冷或气冷等装置。

(2)粉尘、潮湿对传感器造成短路的影响。在此环境条件下应选用密闭性很高的传感器。不同的传感器其密封的方式是不同的,其密闭性存在着很大差异。 常见的密封有密封胶充填或涂覆;橡胶垫机械紧固密封;焊接(氩弧焊、等离子束焊)和抽真空充氮密封。 从密封效果来看,焊接密封,充填涂覆密封胶为量差。对于室内干净、干燥环境下工作的传感器,可选择涂胶密封的传感器,而对于一些在潮湿、粉尘性较高的环境下工作的传感器,应选择膜片热套密封或膜片焊接密封、抽真空充氮的传感器。

(3)在腐蚀性较高的环境下,如潮湿、酸性对传感器造成弹性体受损或产生短路等影响,应选择外表面进行过喷塑或不锈钢外罩,抗腐蚀性能好且密闭性好的传感器。

(4)电磁场对传感器输出紊乱信号的影响。在此情况下,应对传感器的屏蔽性进行严格检查,看其是否具有良好的抗电磁能力。

(5)易燃、易爆不仅对传感器造成彻底性的损害,而且还给其它设备和人身安全造成很大的威胁。因此,在易燃、易爆环境下工作的传感器对防爆性能提出了更高的要求:在易燃、易爆环境下必须选用防爆传感器,这种传感器的密封外罩不仅要考虑其密闭性,还要考虑到防爆强度,以及电缆线引出头的防水、防潮、防爆性等。


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