一种新型多维力传感器及其标定方法的研究

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1、硕士学位论文一种新型多维力传感器及其标定方法的研究RESEARCHONANOVELMULTI-DOFFORCE/TORQUESENSORANDITSCALIBRATIONMETHOD龚莉杰哈尔滨工业大学2015年7月国内图书分类号：TP212.1学校代码10213国际图书分类号：681.14密级：公开工程硕士学位论文一种新型多维力传感器及其标定方法的研究硕士研究生：龚莉杰导师：姜力教授申请学位：工程硕士学科：机械工程所在单位：机电工程学院答辩日期：2015年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIn

2、dex:TP212.1U.D.C:681.14DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONANOVELMULTI-DOFFORCE/TORQUESENSORANDITSCALIBRATIONMETHODCandidate：GongLijieSupervisor：Prof.JiangLiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechanicalEngineeringAffiliati

3、on：SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence：July,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学硕士学位论文摘要多维力/力矩传感器在工业应用中已十分广泛，但一般工业应用中的多维力/力矩传感器的尺寸较大，不适用于安装在对传感器尺寸有限制的操作末端上。本文结合国家自然科学基金项目“仿人形多指手的多维指尖感知和同步控制”（课题编号：51175106）设计了加工和应变计粘贴工艺

4、性好的全平面型六维力/力矩传感器的弹性体，实现了6通道基于时间数字应变测量原理的应变检测电路，采用了最小二乘法和最小二乘支持向量回归方法对六维力/力矩传感器进行静态解耦合，并通过实验对比分析，认为在实验数据存在随机误差的情况下，最小二乘支持向量回归静态解耦合算法的效果优于最小二乘法静态解耦合的效果。分析了多维力传感器的弹性体结构设计的技术现状和实际应用中的问题，介绍了传感器弹性体的设计时的工艺性原则和弱耦合原则；研究了实际应用中弹性体的应变检测原理，介绍了传感器的两种静态解耦合思路；确立了课题的主要研究内容。分析

5、六维力/力矩传感器弹性体的研究现状和传感器弹性体应用背景，结合人手手指和仿人形假手手指的尺寸以及受到的载荷情况，确定出设计传感器弹性体时的尺寸要求和载荷的要求；综合传感器弹性体的加工工艺性和电阻应变计的粘贴工艺性以及弹性体的耦合特性，设计出全平面结构的弹性体。基于时间数字应变检测芯片，构建了6通道信号采集方案和提出了输出频率更高的通信方案，实现了应变检测电路方案。根据平面型弹性体结构，建立了弹性体的最小二乘法线性模型，采用了最小二乘法对传感器弹性体进行解耦合；建立了传感器弹性体的最小二乘支持向量回归的非线性模型，

6、采用指数网络法优化了最小二乘支持向量回归的松弛因子和核函数参数，并用于的传感器静态解耦合；从采用线性算法处理非线性模型和非线性算法处理非线性模型角度，对比分析了两种方法各自的优缺点。搭建了弹性体的实验平台，分析了标定装置与弹性体的坐标变换关系；针对实验过程中传感器与上位机无法可靠通信的问题，提出了一种完全可靠的通信协议。开展了多维力传感器的标定实验，通过对比两种算法的静态解耦合后传感器的性能指标，分析了解耦合结果产生差异的原因，并提出了改进办法。关键字：多维力传感器；最小二乘支持向量回归；时间数字应变检测I哈尔滨

7、工业大学硕士学位论文AbstractIthasbeenwidelyutilizedthatmulti-DOFforce/torqueinindustrialapplication.However,mostoftheirframesizeisrelativelylarge,andnotsuitableforsomesituationswherethesizeofaforce/torquesensorisconstrained,mountedonthemanipulationend.Thepaper,combined

8、aprogramnamedSensingandControlofMulti-dimensionalFingertipForcetoHumanoidMulti-fingeredHand(No.51175106)thatsupportedbytheNationalNaturalScienceFund,designedasensepartwithfairmanufacturab