[發(fā)明專利]一種集成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和慣性力補(bǔ)償系統(tǒng)的六維力傳感器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010535761.2
• 申請日: 2020-06-12
• 公開（公告）號(hào): CN111531566A
• 公開（公告）日: 2020-08-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李晨;黃肖飛;相立峰;戴振東
• 申請（專利權(quán)）人: 南京神源生智能科技有限公司;南京溧航仿生產(chǎn)業(yè)研究院有限公司
• 主分類號(hào): B25J13/08
• 分類號(hào): B25J13/08;B25J9/16
• 代理公司: 南京擎天知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32465
• 代理人: 涂春春

本發(fā)明公開一種集成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和慣性力補(bǔ)償系統(tǒng)的六維力傳感器，包括上蓋板、彈性體和下蓋板，上蓋板和下蓋板分別設(shè)置在彈性體的上下兩端，彈性體上設(shè)置組橋PCB、模擬量PCB和通訊PCB，組橋PCB和模擬量PCB通過漆包線焊接連接，模擬量PCB與通訊PCB通過排針接插連接，組橋PCB粘接在彈性體上，彈性體內(nèi)的惠斯通電橋的差分信號(hào)接入模擬量PCB，模擬量PCB上集成姿態(tài)角度傳感器，模擬量PCB的輸出由通訊PCB的通訊端口接到外部。優(yōu)點(diǎn)：本六維力傳感器，集成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和慣性力補(bǔ)償系統(tǒng)，降低慣性力對六維力傳感器測量造成測量誤差的影響，提高測量精度、減小測量誤差、提高傳感器的重復(fù)性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域，尤其在自動(dòng)化和工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用的六維力傳感器，具體一種集成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和慣性力補(bǔ)償系統(tǒng)的六維力傳感器。

背景技術(shù)

多維力傳感器和力矩傳感器指的是一種能夠同時(shí)測量兩個(gè)方向以上力及力矩分量的力傳感器，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，六維力傳感器能夠測量空間任意力系中的三維正交力（Fx、Fy、Fz）和三維正交力矩（Tx、Ty、Tz）。六維力傳感器廣泛應(yīng)用于機(jī)器人、工業(yè)自動(dòng)化、軍工等領(lǐng)域中，在應(yīng)用的各個(gè)領(lǐng)域中六維力傳感器發(fā)揮舉足輕重的作用，相當(dāng)于人的大腦。

在靜態(tài)條件下，機(jī)器人腕部六維力傳感器測得的力和力矩一般有四部分組成，即：①、傳感器本體自重的影響；②、負(fù)載自重的影響；③、負(fù)載慣性力作用的影響；④負(fù)載所受外部接觸力的影響。由于六維力傳感器在工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域通常都是安裝在機(jī)械臂的末端，再通過一系列的轉(zhuǎn)接裝置和末端的執(zhí)行器連接，在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過程中，負(fù)載的姿態(tài)隨之改變，而重力的方向始終豎直向下，因此，負(fù)載的自重或者慣性力將對六維力傳感器測試數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響，造成了六維力傳感器所測量的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確、測量誤差大、數(shù)據(jù)重復(fù)性較差、等等相關(guān)問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是，提出一種集成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和慣性力補(bǔ)償系統(tǒng)的六維力傳感器，能夠降低由重力或者慣性力對六維力傳感器測量造成測量誤差的影響，能夠提高六維力傳感器測量精度、減小測量誤差、提高傳感器的重復(fù)性。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種集成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和慣性力補(bǔ)償系統(tǒng)的六維力傳感器，包括上蓋板、彈性體和下蓋板，上蓋板和下蓋板分別設(shè)置在彈性體的上下兩端，彈性體是傳感器的敏感元件，彈性體上設(shè)置組橋PCB、模擬量PCB和通訊PCB，組橋PCB和模擬量PCB通過漆包線焊接連接，模擬量PCB與通訊PCB通過排針接插連接，組橋PCB粘接在彈性體上，

彈性體內(nèi)應(yīng)變梁上粘貼金屬應(yīng)變片和組橋PCB上粘貼接線端子，組成惠斯通電橋，惠斯通電橋的差分信號(hào)通過連接線接入模擬量PCB，模擬量PCB上集成姿態(tài)角度傳感器，模擬量PCB的輸出由通訊PCB的通訊端口接到外部。

本發(fā)明技術(shù)方案的六維力傳感器，通過敏感元件應(yīng)變片將力學(xué)量轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的一種測量方式，將應(yīng)變片粘貼在彈性體上面，通過接線端子組橋。

本發(fā)明技術(shù)方案的六維力傳感器，在模擬量PCB上集成了姿態(tài)角度傳感器，實(shí)現(xiàn)慣性力補(bǔ)償，能夠提高六維力傳感器在機(jī)器人上使用時(shí)測量的精確性和精度，減小測量誤差。

對本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步優(yōu)選，六維力傳感器的處理電路包括放大電路、模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路、微型控制器電路和通訊電路，惠斯通電橋的差分信號(hào)接入，由放大電路放大，放大后的信號(hào)由模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路，把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，進(jìn)入微型控制器電路進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采集的數(shù)據(jù)通過通訊電路進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；

放大電路集成在模擬量PCB上，放大電路包括儀表放大器AD8222ACPZ、放大倍數(shù)匹配電阻R3和差分低通濾波器組成固定增益倍數(shù)實(shí)現(xiàn)對微弱差分信號(hào)放大；