[發明專利]一種用于力傳感器的標定方法

在審

• 申請號: 201810687455.3
• 申請日: 2018-06-28
• 公開（公告）號: CN109000847A
• 公開（公告）日: 2018-12-14
• 發明（設計）人: 馬宏緒;安宏雷;司振飛;王劍;韋慶;羅俊勇;曾朋朋;李長有;成岳華
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G01L25/00
• 分類號: G01L25/00
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 周長清;胡君

本發明公開一種用于力傳感器的標定方法，步驟包括：S1.分別將標準力傳感器、待標定力傳感器設置在液壓作動器的兩側，并配置使得所受到的液壓作動器施加的力的大小相同；S2.按照指定施力變化趨勢控制液壓作動器進行連續作動，以使得標準力傳感器、待標定力傳感器分別受到連續變化的施力；S3.獲取各施力狀態時標準力傳感器的受力大小，并根據標準力傳感器對應的標定關系，計算各施力狀態時待標定力傳感器的受力大小；S4.由計算得到的各施力狀態時待標定力傳感器的受力大小，構建待標定力傳感器受力的輸入與數字量輸出的對應關系。本發明具有實現操作簡單、所需成本低、應用靈活且標定效率及精度高等優點。

技術領域

本發明涉及足式機器人中應變力式力傳感器技術領域，尤其涉及一種適用于足式機器人中應變力式力傳感器的用于力傳感器的標定方法。

背景技術

足式機器人是模仿人或動物等設計制造的一類機器人，腿部采用串聯多關節結構。根據模仿對象與需求任務的不同，足式機器人又可以分成幾大類：模仿哺乳動物單腿進行彈跳功能研究的單足機器人；模仿人類進行穩定行走、小跑、交互等功能研究的雙足步行機器人；模仿狗、貓、馬、獵豹等四足哺乳動物進行穩定性、柔順性、負載能力、環境適應性研究的四足機器人；模仿蜘蛛、蜈蚣等爬行類昆蟲用于危險狹小空間探索、救援等任務研發的多足機器人。

為實現足式機器人的狀態控制，通常是通過在機器人各關節布置力傳感器，由各力傳感器實時采集機器人關節的速度、位置狀態等數據，再基于各力傳感器對機器人的實時狀態進行估計以及控制調整。足式機器人中使用的力傳感器通常為應變式力傳感器，力傳感器是一種將力信號轉變為電信號輸出的電子元件，其主要由三個部分組成：力敏元件(即彈性體，常見的材料有鋁合金、合金鋼和不銹鋼)、轉換元件(最為常見的是電阻應變片)、電路部分(一般有漆包線、pcb板等)，應變式力傳感器則是基于測量物體受力變形所產生應變的一種傳感器。

力傳感器在使用前需要進行標定，以建立傳感器輸入量與輸出量之間的關系。針對力傳感器的標定，目前主要是采用以下兩種方式：

1、使用專業的標定設備進行標定。專業的標定設備精度較高，但是價格昂貴，實現標定的成本較高，難以廣泛應用；

2、通過懸掛砝碼等已知質量重物的方法進行簡易標定，該類方式實現簡單，標定成本低，但是標定的精度低，如使用砝碼的標定方式在重物質量測量、重力加速度選取、懸掛穩定性等方面均存在很多誤差，且當力傳感器量程較大時(1000N以上)，對應量程的重物選取且操作困難。

為解決上述問題，有從業者提出采用比較法進行標定，即對標準力傳感器和待標定力傳感器同時施加同樣的力，然后比較其輸出曲線，從而完成對待標力傳感器的標定，其中的標準力傳感器是已經通過專業標定設備標定過的特性已知的標準器件，采用直流力矩電機作為施壓器件，每次測量時分別給標準器件、待標傳感器施加一定大小的力后，記錄每次測量時給定的力以及標準器件、待標傳感器的輸出值，最后由多次的測量值得到待標傳感器輸入與輸出之間的對應關系。但是該類方式存在兩個主要問題：一是普通電機推力較小，但足式機器人各關節的力傳感器需承受的作用力范圍較大，故而該類方式無法滿足足式機器人力傳感器全量程標定過程中大范圍施力的需要；二是缺少連接標準器件與待標器件的傳動裝置，使得單個電機施加的驅動力無法同時作用于標準與待標器件，而必須在電機與傳感器之間增加額外的分力裝置或者增加額外的電機，一定程度上會增加標定復雜度，增加實現成本，同時降低標定效率與精度。另外為保證機器人動作控制的準確性及靈活性，需要各力傳感器在受力全量程連續變化時各點均具有較高的精度，采用上述電機驅動的標定方式的力傳感器也無法確保量程范圍內各點的標定精度，從而會影響機器人的控制精度。

發明內容

本發明要解決的技術問題就在于：針對現有技術存在的技術問題，本發明提供一種實現操作簡單、所需成本低、應用靈活且標定效率及精度高的用于力傳感器的標定方法。

為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為：