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基于HBK应变片的三轴力传感器的开发

达姆斯塔特大学, 德国

简介

如何开发用于承重步行机器人的感应足?这个研究问题是达姆施塔特工业大学仿真、系统优化和机器人系机器人项目的一部分。

在HBK应变片传感器的帮助下,开发了一种三轴力传感器来调节机器人的运动控制。

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达姆斯塔特大学需要开发一种用于承重步行机器人的感应足,希望比市场上现有的传感器更具成本效益。

三轴力传感器的设置

三轴力传感器基于圆柱形梁结构中的铝制组件。这种设置易于制作,成本效益高。

为了测量x、y和z方向的力,安装了三个全桥应变片:

  • z方向测量:使用冷固化双组分粘合剂将四个应变花结K-TA11K3/350 安装在弹性组件内。
  • 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。

 

原型测试

为了验证三轴力传感器,开发了一个传感器原型,用于调节承重步行机器人的运动控制。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。

输入和输出的校准条件如下:

x-通道零点信号 (mV) 11.42
y-通道零点信号 (mV) 5.13
z-通道零点信号 (mV) -28.90
供电电压 (直流) 3.3
放大器 ADS1262
测量范围 (V) +/- 0.156
x-通道增益系数  16
y-通道增益系数  16
z-通道增益系数  16

试运行结果

校准后的测量曲线如橙色、绿色和黑色图表所示。作为比较值,参考力测量值也显示在蓝色图表中。

与参考传感器的平均绝对偏差和平均相对误差:

力方向       平均绝对偏差 (N)           平均相对误差 (%)
Fx 大约 3            大约. 1.5
Fy 大约 4                 大约 2.6
Fz 大约 23             大约. 3.1

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。

关于达姆斯塔特大学

达姆施塔特技术大学是德国领先的技术大学之一,具有很高的国际知名度和声誉。达姆施塔特工业大学自1877年成立以来,一直以独特的开拓精神为特色。通过卓越的研究成果,达姆施塔特大学开辟了未来重要的科学领域。

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