基于六维腕力传感器的机械手运动补偿研究

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微形变腕力传感器

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ＥＥＡＣＣ：２０７３
微形变腕力传感器
王顺Ｈ，徐伟弘
（．１东南大学仪器科学与工程系，南京２０９；东南大学电子工程系，１０６２．南京２０９）１０６
摘要：介绍了一种新型机器人六维腕力传感器．采用了激光干涉法测量由外力施加在弹性元件上产生的由微形变产生的

一种新型大刚度高灵敏度的并联六维力传感器设计研究

；８ｓｉｅｂｃｓｏｔｐｉｉｗｄｓｎｄｄｉｎｌｌｔｃｐｎｎＴｕｔｎａｉｉｏｇｒｅａｅｅｐｌａｏｏｎｉｅｄｉａｅｓｃｏｏｅｔｈｓｈｃｔｃｏｒｈｈｕｈａｃｎｅｅｇａｔａｉｍｆｔｆｏ．ｅｏｒｔｎ《ｄ｝ｂｔｅｎｒｉｉｄｅｓｉｔｉｓｌｄｗｉａｐｏｉｄａｏｄｍｔｄａｄｓｌｉｒｔｒｅｓｒ；ｅｅｇｔａｎｉｉｏｅ，ｈｈｈｒｄｏｅｏｕｏｆｈｎｏｗｉｄｙｎｓｔｙｓｖｖｃｓｖｅｇｈｎｏｔｎｏｅｓｏ
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科学，００，８１）６４－９５２１３（３：９４６４．
社．０６２０．
２４
刘芳等：种华一新型犬度高敏并六维传设窑刚灵度的联力感器计
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上，大大地提高传感器的灵敏度。研究突破了传统的并联力传感器的设计方法和思路，了的探索和尝试。进行新
１月 — ￡吾ＪＩ —
六维腕力传感器安装在机器人的腕部（离末端执行器最近的
感器设计中，不能很好地解决刚度和灵敏度两者之间的矛盾。
之前设计的基于Ｓｅａｔｔｗｒ平台的并联六维力传感器在这方面有所
即保证一定灵敏度的基础上，传感器的刚度有所提高，但仍地方）能同时提供三维空间的全方位力信息，，在机器人进行零力示进步，然不能很好的解决这一矛盾。针对这一问题，设计了一种新型并教、轮廓跟踪、磨削、轴孔装配及双手协调等作业中具有广泛的应

广义六维力传感器的特点及研究和应用状况_尹瑞多

广义六维力传感器的特点及研究和应用状况尹瑞多,王宣银,程　佳,李　强The Introduction and Application of Generalized-six-axisSensor Based on Stewart PlatformYIN Rui-duo,WANG Xuan-yin,CHE NG Jia,LI Qiang(浙江大学流体传动及控制国家重点实验室,浙江杭州　310027)摘　要:广义六维力传感器是指能够检测空间六维力(F x、F y、F z、M x、M y、M z)的传感器,由于其测力信息丰富、测量精度高等特点,使得其在机器人技术、航空航天技术及宇宙空间器的对接试验上有着广泛的应用。

Stewart广义六维力传感器因其承载能力强、误差不积累等优点,受到了国内外许多学者的关注和研究。

该文就基于传感器的测力原理及结构形式,探讨各种类型传感器的特点,并总结了Ste wart广义六维力传感器的研究和应用现状。

关键词:Stewart平台;广义六维力传感器;各向同性中图分类号:TH823;TP271.4　文献标识码:B　文章编号:1000-4858(2005)10-0048-030　引言广义六维力传感器能够检查空间任意力系中的三维正交力(F x、F y、F z)及三维正交力矩(M x、M y、M z),主要应用在力及力-位控制场合,如轮廓跟踪,精密装配,双手协调[1]等,尤其在航空机器人,宇宙空间站对接仿真[2],火箭发动机推力测试等场合发挥了极其重要的作用。

目前,国内外关于广义六维力传感器研究最主要的应用是在机器人技术上,它是机器人高质量控制和智能化不可缺少的重要传感元件。

基于Ste wart平台的六维力/力矩传感器是另一种十分优越的六维力传感器。

自1965年Ste wart提出Stewart并联机构以来,由于其分别承受载荷而承载能力强、误差不积累而精度高、运动部件惯性低而响应快、灵敏度高等独特优点,这种并联式结构倍受设计者青睐。

新型六维腕力传感器

新型六维腕力传感器
茅晨;宋爱国;马俊青
【期刊名称】《南京信息工程大学学报》
【年(卷),期】2011(003)005
【摘要】设计了一种新型六维腕力传感器采用有限单元法对六维腕力传感器的十字梁弹性体进行结构静力学分析,论述了该机械结构的合理性,确定了应变片黏贴的最佳位置,通过合理的应变片电桥的组桥将各维力/力矩信号转化为电压输出设计放大电路对六维电压信号进行放大,最后通过试验标定装置对此六维腕力传感器进行标定.
【总页数】6页(P402-407)
【作者】茅晨;宋爱国;马俊青
【作者单位】东南大学仪器科学与工程学院,南京,210096;东南大学仪器科学与工程学院,南京,210096;东南大学仪器科学与工程学院,南京,210096
【正文语种】中文
【中图分类】TP242.6
【相关文献】
1.一种新型机器人柔性腕力传感器的设计 [J], 崔岩;崔泽
2.一种新型的机器人柔性腕力传感器的研究 [J], 崔泽;赵杰;赵明国;蔡鹤皋
3.新型四维腕力传感器弹性体的有限元分析 [J], 秦岗;曹效英;宋爱国;黄惟一
4.一种新型水下机器人用六维腕力传感器 [J], 崔维娜;王巍
5.新型3-2-1正交结构机器人六分量腕力传感器设计 [J], 金振林;高峰;陈贵林
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六维力传感器的原理及应用

六维力传感器的原理及应用一、六维力传感器的概述六维力传感器是一种专门用于检测和测量物体在空间中受到的六个方向上的力和力矩的传感器。

它可以精确地测量力和力矩的大小和方向，广泛应用于机械手臂、机器人、航天器、汽车等领域。

二、六维力传感器的工作原理六维力传感器基于应变测量原理工作。

其结构包括应变片、弹性体和传感器电路。

当物体受到力或力矩作用时，应变片会发生应变，这些应变通过传感器电路转化为电信号，最终得到力和力矩的测量值。

三、六维力传感器的组成部分六维力传感器由以下几个主要组成部分构成：1.应变片–应变片是六维力传感器的核心部件，通常采用金属或半导体材料制成。

–应变片具有高敏感度和良好的弹性性能，能够有效地感知外界力和力矩的作用。

2.弹性体–弹性体用于支撑和保护应变片，同时起到缓冲作用，使应变片在受到外力作用时能够发生应变。

–弹性体通常采用橡胶、硅胶等材料制成，具有良好的弹性和耐磨性。

3.传感器电路–传感器电路负责将应变片产生的应变信号转化为电信号。

–传感器电路通常包括放大器、滤波器、模数转换器等组件，以确保测量结果的准确性和稳定性。

四、六维力传感器的应用领域六维力传感器广泛应用于以下领域：1.机械手臂–六维力传感器可以用于机械手臂的力控制和位置控制，使机械手臂能够根据所受力的大小和方向做出相应的动作。

–在装配、焊接、搬运等工作中，六维力传感器可以帮助机械手臂实现精确的位置和力量调节，提高工作效率和精度。

2.机器人–六维力传感器在机器人领域有着广泛的应用。

通过测量机器人受到的力和力矩，可以实现机器人的力控制、力觉反馈以及外界环境的感知和交互。

–在工业自动化、医疗机器人、服务机器人等领域，六维力传感器可以帮助机器人更好地适应和与环境进行交互。

3.航天器–在航天器的设计和测试中，六维力传感器起到了至关重要的作用。

它可以帮助工程师评估航天器在发射、飞行和着陆过程中所受到的力和力矩的大小和方向。

–通过监测和分析这些力和力矩的数据，可以提前发现潜在的问题，确保航天器的安全性和稳定性。

六维力传感器原理

六维力传感器原理在六维力传感器中，采用了应变片作为力和力矩的敏感元件。

应变片是一种能够根据外部作用力发生形变的材料。

当物体受到外力作用时，应变片会发生微小的变形，这种变形会引起材料的电阻率发生变化。

通过测量这种电阻率变化，就可以获得外力施加在传感器上的大小和方向。

通常，六维力传感器中有多个应变片以不同的方向分布在传感器内部。

这些应变片可以分别测量在X、Y、Z轴方向和绕这三个轴的力矩。

当物体受到力和力矩时，各个应变片会发生不同程度的变形，从而引起对应方向的电阻率变化。

为了测量这种电阻率变化，六维力传感器通常采用电桥电路。

电桥电路是由多个电阻器和应变片组成的一种电路。

当传感器受到外力作用时，应变片的电阻发生变化，从而引起电桥电路的不平衡。

通过测量电桥电路的不平衡，可以计算出外力的大小和方向。

为了提高六维力传感器的灵敏度和准确度，传感器通常还会配备一些信号放大器和滤波器。

信号放大器可以将传感器接收到的微弱信号放大到适合测量的范围，从而提高测量的灵敏度。

滤波器可以去除环境噪声和杂散信号，从而提高测量的准确度。

除了应变片和电桥电路，六维力传感器还包括了一些辅助元件，如温度补偿器和线性传感器。

温度补偿器可以校正因温度变化引起的电阻率变化，从而提高传感器的准确度。

线性传感器可以测量传感器在X、Y、Z轴方向上的位移，从而获得更精确的力和力矩数据。

总之，六维力传感器利用应变物理效应和电子传感技术测量物体受到的力和力矩。

通过在传感器中使用应变片、电桥电路、信号放大器和滤波器等元件，可以实现对力和力矩的精确、准确的测量。

六维力传感器在工业控制、机器人技术、医疗设备等领域具有广泛的应用前景。

机械臂腕力传感器负载端重力补偿算法与仿真

D O I:10.15938/j .jhust.2018.02.014
中图分类号：TP241.3
文献标志码： A
文章编号：1 0 0 7 - 2 6 8 3 ( 2 0 1 8 ) 0 2 - 0 0 7 8 - 0 8
Design and Verification of Gravity Influence Compensation Algorithm on Load End
K eyw ords：mechanical arm；the wrist sensor；gravity compensation；simulation
收稿日期：2016 -05 -30 基金项目：国家重点基础研究发展计划（973计划）项目（2013CB035500). 作者简介：武俊峰（1959—），男，教授，博士研究生导师；
互时，不依靠力传感器的反馈信息实现机器
人高的柔顺作业，同时还确保机器人本体的安
force sensor.According to gravity variation of the load end in different mechanical arm posture, the relationship
between the gravityof load end and the position of tlie center of gravity can be measured by experiment. We build
A bstract: Aiming at the problem that the measu force
sensor c
attitude change when mechanical arm moves, this paper proposes a load gravity compensation algorithm for wrist

基于FPGA的六自由度机器人机械手臂的插补控制系统研究

基于FPGA的六自由度机器人机械手臂的插补控制系统研究随着工业自动化的不断发展，机器人技术的应用越来越广泛。

六自由度机器人机械手臂作为一种重要的工业机器人，可以实现复杂的任务，因此在工业生产线上得到了广泛的应用。

然而，如何精确控制机械手臂的运动仍然是一个具有挑战性的问题。

本文将基于FPGA的插补控制系统进行研究。

FPGA（Field Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，它具有高度的可编程性和并行处理能力。

由于其性能优越和适应性强的特点，FPGA在控制系统中得到了广泛的应用。

在此基础上，本文将设计一种基于FPGA的六自由度机械手臂插补控制系统，以实现机械手臂运动的精确控制。

首先，本文将对六自由度机械手臂进行建模分析。

通过对机械手臂的结构和动力学特性进行研究，可以得到机械手臂的正运动学和逆运动学方程。

然后，通过数学计算和仿真验证，可以得到机械手臂的运动轨迹和插补算法。

接下来，本文将设计FPGA的硬件系统架构。

基于六自由度机器人的控制需求，可以确定FPGA系统的输入输出接口以及时钟频率和精度等参数。

然后，本文将设计FPGA的逻辑电路，并进行系统仿真和验证，确保其功能和性能满足需求。

在硬件系统架构设计完成后，本文将进行软件系统的开发。

通过对插补算法的优化和实现，可以实现机械手臂的精确控制。

在软件系统的开发过程中，本文将使用高级编程语言，并结合FPGA的低级编程指令进行开发，以实现对FPGA硬件系统的控制。

最后，本文将对系统进行测试和评估。

通过对插补控制系统的功能和性能进行测试，可以评估其实际应用的效果。

通过与其他控制系统的比较，可以验证本文提出的插补控制系统的优势和特点。

综上所述，本文基于FPGA的六自由度机器人机械手臂插补控制系统的研究，将从机械手臂的建模分析开始，设计系统的硬件和软件架构，并最终完成系统的测试和评估。

相信通过本文研究的工作，可以为六自由度机器人机械手臂的控制提供一种新的解决方案，推动机器人技术的发展和应用。

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实例。
关键词：力传感嚣；器人；务运动；运动学腕机微中图分类号：Ｈ１３２：Ｐ１．文献标识码：文章编号：０１２５２０）１— ０２４Ｔ１．２Ｔ２１９Ａ１０ —２６（０２００１ —０
确定位以及系统仿真的重要基础。关于机器人腕力传感器以及腕力传感器应用于机器人的研究得到了国内外学者的重视。文献０分别研究了应用于机器人的一新型力传感器以及六维腕力传感器的动态特性；文献研究了利用力传感器的信息控制机械手与环境的碰撞另一方面，器人腕力传感器多为弹性粱结机构，输出信号的产生依赖于传感器弹性体的变形。其文献Ｉ立了腕力传感器弹性体的有限元模型并计建算出弹性梁的应力分布；献ｌ导出了考虑腕力传感文５器结构弹性变形能的１ｎｒｎｅ动力学模型。文献ａｇａｇ
Ａｔｄｙｏｌｃｍｐｎａｉｎｏｎｅａｉｓｏａｐｕａｏｒｓｄ０一ｄｍｅｉｎｗｒｓｏｃｅｓｕｌｏｅｓｔｏｆｋｉｍｔｃｆｍｎｉｌｔｓｂａｅｎ６ｉｎｔｏｉｔｆｒｅｓｎ蛐ｒ
摘要：雏腕力传感器是一十弹性感器的弹性体结构变形为前六腕力输提。本文烈腕力传感嚣坐标系内的微务运动为基础，究了带六维腕力传感器的机嚣人系统运动方程研谩差及谩差矩阵；出了运动方程误差矩阵的补偿方法；以Ｐ提井ｕＭＡ６５０机嚣人为倒，出了一个计算培
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ＡｂｓｈｔＴｈｏｃｉｎａ：ｅｆｒｅｓｇｌｏｆａ６一ｄｉｅｔｏｎｍｎｉｗｒｓｏｃｎｒｂａｓｓｏｔｔｕｔｅｖｒａｔｂｃｕｅｔｎＢｓａｌｄｅｓｉｔｆｒｅ ∞ ｓｅｎｉｓｓｒｃｕｒａｉｎｅＢｓｈｅ０ｒｉｎｅｕｙｓ
１问题的提出
机器＿术正在向高精度、速度、能化方向发凡技高智展。随着机器人应用领域的拓宽，有多轴腕力传感带器的机器人具有广阔的应用前景。腕力传感器是机器人工作时获取机器人系统力传递信息的重要手段之
ｓｕｄｅ￣ｄｏｎ￣ｎｏｏｒｉｔｅｔｒｔｏｔｉｄｂｓｅｓｒｃｏｄｎａｅｐｒｕｂａｉｎ．ＡｏｍｐｅａｔｅｈｏｆｔｒＦａｒｘｉｕｅｔ，ａａｃｌｔｏｎｏｔｃｎｓｉｍｔｄｏｈｅｅｌｍｔｉｓｓｇｇｓｅｏｎＯｒｄｎｄａｃｌｕａｉｆｉｔＰＵＭＡ５ｏｏｔａｐｐｉａｉｘ６０ｒｂ８ａｌｃｔｏｎｅａｍｐｅｉｉｅｎｂｓｄｏｈｅｌｓｇｖａｅｎｔｍｅｈｄｔｏＸｑ。删：ｗｒｓｒｅ８ｎｏｉｌｆｃｅｆ；ｍａｉａｌｔ；ｐｔｒａｉｎ；ｋｎｅｔｃｏｎｐａｏｒｅｒｕｂｔｏｉｍａｉｓ
确的束端位姿的影响是不可忽视的。
，
也是机器人精确动力学建模、器人精确运动和精机
２机器人运动学【１
工业机器人是开链多刚体系统。一般地，ｎ个广
义连杆组成的机器人具有／个自由度（常／＝６。／，通／，）
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基于六维腕力传感器的机械手运动补偿研究
干方建刘正士
１中国科学技术大学，徽合肥２０５２台肥工业大学，安徽合肥安３０２；
２００３００
￡ｍ．１ｈｓｐｐｒｈ￣ｒｒａｄｅｎｔｉａｅｔｔｅＦｏｎ
ｒｍａｒｘｏｉｅｔｑａｉｎｏｎｐｌｔｒｔｔｉｆａｋｎｍａｉｅｕｔｆｍａｉｕａｏｓｗｉｈ６一ｄｍｅｔｎｗｉｏｃｅ ∞ｒｉｃｏｉｎｉｒｓｆｒｅＢｎｏｔｓ
一
提，以机器人运动学及连杆坐标变换为基础，究腕力研传感器引Ａ机器人后对机器人运动和机器人位姿的影响。本文给出的ＰＵＭＡ６５０机器人计算实例结果表明，力传感器的弹性变形对机器人系统的运动和精腕