舟山水下六維力傳感器廠家
發(fā)布時(shí)間：2023-12-26 01:10:46
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多維力傳感器與六分量力傳感器相比，除了要解決對(duì)所測(cè)力分量敏感的單調(diào)性和一致性問題外，還要解決因結(jié)構(gòu)加工和工藝誤差引起的維間（軸間）干擾問題、動(dòng)靜態(tài)標(biāo)定問題以及矢量運(yùn)算中的解耦算法和電路實(shí)現(xiàn)等。多維力傳感器是一種能夠同時(shí)測(cè)量?jī)蓚€(gè)方向以上力及力矩分量的力傳感器，多維力完整的形式是六維力/力矩傳感器，即能夠同時(shí)測(cè)量三個(gè)力分量和三個(gè)力矩分量的傳感器，目前廣泛使用的多維力傳感器就是這種傳感器。在笛卡爾坐標(biāo)系中力和力矩可以各自分解為三個(gè)分量。多維力傳感器廣泛應(yīng)用于機(jī)器人手指、手爪研究；機(jī)器人外科手術(shù)研究；指力研究；牙齒研究；力反饋；剎車檢測(cè)；精密裝配、切削；復(fù)原研究；整形外科研究；產(chǎn)品測(cè)試；觸覺反饋；示教學(xué)習(xí)。行業(yè)覆蓋了機(jī)器人、汽車制造、自動(dòng)化流水線裝配、生物力學(xué)、航空航天、輕紡工業(yè)等領(lǐng)域。
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接上一章，我們繼續(xù)探討選擇合適的傳感器的幾個(gè)需要考慮的因素尺寸、重量、防護(hù)等級(jí)、過載范圍、耦合。尺寸：六分量傳感器外形為圓形，需要考慮的尺寸是.大外徑和.大高度，在部分使用場(chǎng)景中，由于空間限制，需要選用合適尺寸的傳感器，同時(shí)，傳感器的尺寸對(duì)重量有很大影響。重量：由于材質(zhì)不同，同樣尺寸的傳感器，重量可能相差幾倍。常用的傳感器材質(zhì)有鋁合金、合金鋼、鈦合金，合金的標(biāo)號(hào)不同，性能也會(huì)有差異。防護(hù)等級(jí)：確定好使用環(huán)境，選擇滿足條件的防護(hù)等級(jí)即可。DMI六分量傳感器默認(rèn)防護(hù)等級(jí)IP65，更高要求可根據(jù)客戶要求定制。過載范圍：DMI六分量傳感器的過載一般在3倍以上，超過量程100%以后的測(cè)量數(shù)值會(huì)有一定誤差，不能保證精度。這個(gè)指標(biāo)一般情況下不需要特別關(guān)注。耦合：耦合或者叫串?dāng)_，是指在一個(gè)方向加載時(shí)，對(duì)另一個(gè)方向輸出的影響。國際上少數(shù)廠家耦合可以做到1%以內(nèi)，國產(chǎn)廠家的耦合值一般在2-3%，DMI六分力傳感器耦合值達(dá)到國際先進(jìn)水平，可控制在1%以內(nèi)。
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六分量力傳感器傳感器品牌誤區(qū)：很多時(shí)候大家都認(rèn)為國產(chǎn)的產(chǎn)品是不好用，甚至是不能用。追求廉價(jià)：物美價(jià)廉這是每個(gè)人希望看到的；但事實(shí)上，高品質(zhì)的產(chǎn)品就決定了它的價(jià)格會(huì)相對(duì)的高一些。精度誤區(qū)：大家在選擇產(chǎn)品的時(shí)候，總以為精度很重要的；其實(shí)從某個(gè)角度來說：穩(wěn)定性比產(chǎn)品的精度更重要，精度選擇應(yīng)該是建立在高穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上的。選擇合適的量程、合適的精度、合適安裝方式、合適的輸出方式。
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為了提高校準(zhǔn)效率，德國達(dá)姆施塔特工業(yè)大學(xué)的Ewald等研制了全自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)（一代）。多維力傳感器系統(tǒng)大大提高了校準(zhǔn)的加載效率，但是該校準(zhǔn)設(shè)備方案實(shí)現(xiàn)起來很復(fù)雜，由于采用了力發(fā)生器和力傳感器的組合來進(jìn)行校準(zhǔn)，加載的方向性、系統(tǒng)誤差等很大程度上取決于各種傳感器，因此從某種程度上增加了系統(tǒng)誤差。目前ETW采用了這種校準(zhǔn)系統(tǒng)（二維力傳感器），在一代校準(zhǔn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了很多改進(jìn)。上個(gè)世紀(jì)40年代，一些加載方法和載荷表就開始應(yīng)用于多分量天平的校準(zhǔn)過程。NASA蘭利研究中心Langley Research Center (LaRC)從1940年開始廣泛應(yīng)用的是單元載荷表One Factor At The Time Table (OFAT)，很多機(jī)構(gòu)目前仍然還在使用這種加載方式。對(duì)于六自由度校準(zhǔn)設(shè)備，OFAT方法從施加純凈的單分量載荷開始（253次實(shí)際加載卸載），然后再施加15組組合載荷（兩個(gè)分量的組合，481次實(shí)際加載卸載），可能大約需要6至8周時(shí)間。然而對(duì)于四自由度的校準(zhǔn)設(shè)備很多組合載荷無法實(shí)現(xiàn)，加載點(diǎn)數(shù)被大大減少了。
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國外的一些六維力傳感器的校準(zhǔn)方法，只是一份短短的讀書筆記。真正的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)處理過程其實(shí)很復(fù)雜，通常需要用到小二乘法，還有一些數(shù)據(jù)處理的技巧。在多元回歸過程中有很多成熟的代碼或者軟件可以幫助完成。在校準(zhǔn)過程中，所施加的載荷F是已知的，而信號(hào)Ri是通過高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)得到的，ε是誤差項(xiàng)。對(duì)于六分量的力傳感器，有36個(gè)一次項(xiàng)系數(shù)，還有126個(gè)二次項(xiàng)系數(shù)。當(dāng)然，這些系數(shù)的獲取是受到校準(zhǔn)設(shè)備的限制的，而校準(zhǔn)誤差的大小與校準(zhǔn)系統(tǒng)的不確定度也有很大關(guān)系。
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作為標(biāo)定裝置的核心部件—型加載梁：其設(shè)計(jì)精巧，簡(jiǎn)單實(shí)用，確保力傳遞的連續(xù)型和準(zhǔn)確性。其8個(gè)45°均布的安裝螺孔，使L型加載梁的安裝位置45°可調(diào)，從而使xF和yF載荷的施加可以實(shí)現(xiàn)，L型的外形設(shè)計(jì)，使該加載裝置不僅可以實(shí)現(xiàn)單唯力的施加，而且可以根據(jù)需要完成不同方向和大小的力矩和單唯力的同時(shí)施加，這種裝置從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上滿足了六維力傳感器標(biāo)定所需所用載荷狀態(tài)的實(shí)現(xiàn)；L型加載梁周身所布置的8個(gè)半球狀加載坑，以點(diǎn)一點(diǎn)接觸的方式確保了載荷施加方向的準(zhǔn)確性。