一种力/力矩传感器的数据采集系统的研究

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力传感器是众多传感器中最基本的一种,应用十分广泛,并且在机器人传感器中尤为普遍。特别是能够同时检测三维力和三维力矩的传感器(即六维力传感器)在其中扮演着极其重要的角色。多维力传感器的研究历史已有近50年的历史了,因为其重要性,众多科研工作者也在其中投入了大量的精力,但大多都是通过设计不同的弹性体或是改变电阻应变片的位置等方法来实现和改进多维力传感器。但是受到贴片工艺以及加工精度等客观条件的制约,最终制作出来的样机几乎都存在结构复杂、体积偏大、动态响应差等缺点。针对以上诸多不足之处,一种结构相对简单的直接输出型压电式六维力传感器被研制出来。该传感器有着体积小、质量轻、固有频率高、灵敏度和信噪比高的特点。并且理论上输出信号无须进行解耦运算。因此该传感器有着十分广阔的应用前景。但是目前该传感器还停留在实验室阶段,未能投入实际应用。主要原因是目前传感器输出信号的处理主要依赖PC机完成,这存在很大的资源浪费,实际应用中不甚可取。为了实现该类压电式六维力传感器能投入实际应用中,本文主要针对该种力传感器设计出了以单片机为核心的后端信号处理系统,从而能够实现该传感器的便携式与现场测量。本文主要完成了以下几方面的工作:①介绍了多维力传感器的发展现状。②分析了压电式六维力传感器的基本原理,以此明确后端信号处理电路的具体要求。③系统的实现方法设计,确定系统的总体工作模式。④硬件设计,包括芯片的选型,电路设计。⑤软件设计,包括系统工作流程设计,驱动程序设计,以及算法设计。⑥PCB版图的绘制,最终装配样机进行试验。样机在标准信号源输入的情况下,能够实现预先设想的各项功能。
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