采用 HBM 应变片开发三分量力传感器

发布时间：2022-08-04 点击次数：431

如何为负重行走机器人开发更具成本效益的感应足？本课题是达姆施塔特工业大学仿真机器人项目的一部分。

其采用了 HBM 应变片开发了一款三分量力传感器，以实现对机器人的运动控制。

挑战

为承重行走机器人开发更具成本效益的感应足

解决方案:

采用基于 HBM 应变片的三分量力传感器，以实现对机器人的运动控制。由于应变片带有背胶，因此更易安装，并可采用热固化方式，更牢固。

结果:

12个HBM应变片以全桥方式连接到全桥上，以测量最小的电阻变化。首次试运行非常成功，并将在后续项目中进一步优化。

三分量力传感器结构

图1：三维弹性体上的应变计（上图），下图应变片在展开弹性体上的排布

这种三轴力传感器采用铝制圆柱形梁式结构。生产简单，成本低廉。

为了测量 x、y 和 z 轴方向的力，共安装了三个应变全桥：

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。

为了测量最小的电阻变化，需要将应变片需要以全桥方式安装（见图2）。在 ANSYS Workbench 19.1 帮助下，应变被确定到指定方向。

图 2: 三个应变全桥连接，桥路扰度，应变和串扰（点击放大）

为了对三分量力传感器进行验证，开发了一个产品原型。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：

校准的测量曲线以橙色、绿色和黑色显示在图表中。参考力值以蓝色蓝色曲线显示，用于比较。

图4: Fx 校准测量过程(点击放大)

图 5: Fy 校准测量过程(点击放大)

图 6: Fz 校准测量过程(点击放大)

与参考传感器的绝对平均误差和相对平均误差：

第一次试运行的结果清楚地表明，HBM 标准应变片已经取得了相当大的成功。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正在进行一个后续项目。

是德国领先的科技大学之一，在彩多多上享有很高的知名度和声誉。自1877成立以来，独有的创新精神一直是达姆施塔特技术大学最鲜明的特色。通过杰出的研究成果，达姆施塔特科技大学一直在面向未来的科学领域进行开拓。