小型三维力传感器的设计和解耦测试研究.pdfVIP

第25卷 第 1期 传 感 技 术 学 报 V01．25 No．1 2012年 1月 CHINESEJOURNALOFSENSORSAND ACTUATORS Jan．2012 StudyonDesignandDecouplingTestofaMiniatureThreeDimensionsForceSensor YUZhiwei，GONGJun， Qiang，DAIZhendong (InstituteofBio-inspiredStructureandsu咖ceEngineering，NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Nanjing210016，China) Abstract：A miniatureresistancestrainthreedimensionsforcesensorwithanew elastomerstructureisdeveloped． Thisstructurehasmultipleslotsfrom toptobottom．Fourpiecesofresistancestraingaugeswhich areusedforthe detectionofthree—dimensionforceaffixed tothe sidesofthe elastomer．The displacementvarietyofelastomeris translatedintodependentvariableofstrain gauges．Itisanalyzedthe elastomer’Sdecouplingperformanceofthe sensorbyusingthesimulationofFiniteElementAnalysistoanalyzetherelationshipbetweenforceandstrain．Focus onthethree—dimensionforcesensor，itgetsthethree—dimensionforcedecouplingmatrix，through staticcalibration and decoupling calculation．Three—dimension force experimentshowsthatthe sensor hashigh accuracy，and effectivelyeliminatethecouplingamongthethreedimension，andhasfulfilledthedemandsofthesmallscaleforce fe：edbackcontroloftheminiaturerobot． Keywords：miniature3·D forcesensor；resistancestrain；sensordesign；decouplingtest EEACC：7230；7320M doi：10．3969／j．issn．1004—1699．2012．01．008 小型三维力传感器的设计和解耦测试研究木 俞志伟，宫 俊，吴 强，戴振东 (南京航空航天大学仿生结构与材料防护研究所，南京 210016) 摘 要 ：研制了一种小型电阻应变式3维力传感器，采用一种新型弹性体结构，其自上而下开有多层槽孔，4个电阻应变片贴于弹性 体侧面，用于检测空间3维力。采用弹性体的位移变化量转化成应变片的应变量，运用有限元仿真分析力作用与应变关系，判定了具 有该弹性体结构的传感器力解耦性能。针对实际3维力传感器进行静态标定和解耦计算，得到3维力解耦矩阵。3维力实验测试表 明，所研制的传感器具有较高的精度，较好地消除了3维问的耦合性，能够满足小量程微小型机器人力反馈控制需求。 关键词 ：小型3维力传感器；电阻应变式；传感器设计；解耦测试 中图分类号 ：TP212．12 文献标识码：A 文章编号 ：1004—1699(2012)01—0038—06 传感器在现代科学技术中的重要作用已为人们 小体积、高灵敏度的三维力传感器，如仿壁虎机器人 充分认识．无论是在工业与国防领域，还是在生物工