劉曉敏,趙云偉,鄭永永,劉洪波

(北華大學(xué)工程訓(xùn)練中心,吉林吉林 132021)

FSG15N1A觸力傳感器參數(shù)標(biāo)定方法*

劉曉敏,趙云偉*,鄭永永,劉洪波

(北華大學(xué)工程訓(xùn)練中心,吉林吉林 132021)

提出了一種FSG15N1A觸力傳感器標(biāo)定方法。搭建了傳感器標(biāo)定實(shí)驗(yàn)裝置,采用重物施壓的方式進(jìn)行了傳感器標(biāo)定實(shí)驗(yàn),通過Freescale單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和計(jì)算。獲得了傳感器輸出采樣值與負(fù)載質(zhì)量的關(guān)系,并進(jìn)行了標(biāo)定誤差分析,試驗(yàn)結(jié)果表明,該標(biāo)定方法可以滿足機(jī)械手手指夾持力檢測精確要求。

觸力傳感器;標(biāo)定實(shí)驗(yàn);壓力計(jì)

0 引 言

FSS小型力傳感器具有精密可靠、價(jià)格低廉、功率小和無放大等特點(diǎn),可應(yīng)用于醫(yī)療注射泵、絲焊設(shè)備和機(jī)械手末端觸覺等方面。傳感器的測量精度受使用條件、方式和環(huán)境因素的影響,在使用前須對傳感器進(jìn)行標(biāo)定[1]。大連海事大學(xué)提出了一種應(yīng)用機(jī)器人系統(tǒng)對線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器進(jìn)行標(biāo)定的新方法[2]。北京航空航天大學(xué)提出了一種基于雙重交比不變的線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器的標(biāo)定方法[3]。王金橋等人提出了一種線結(jié)構(gòu)光掃描傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)一體化現(xiàn)場標(biāo)定的新方法,建立了線結(jié)構(gòu)光掃描傳感器的數(shù)學(xué)模型[4]。石炳存等人采用萬用表和虛擬儀器在線的方法對稱重傳感器進(jìn)行了標(biāo)定,驗(yàn)證使用環(huán)境對標(biāo)定結(jié)果的影響[5]。為了獲得準(zhǔn)確的FSG15N1A觸力傳感器輸出壓力方程,本文設(shè)計(jì)了傳感器的標(biāo)定實(shí)驗(yàn)裝置,進(jìn)行了不同載荷下傳感器的標(biāo)定實(shí)驗(yàn)。

1 傳感器的工作原理

FSG15N1A觸力傳感器實(shí)物圖,如圖1所示。外部為不銹鋼圓柱,內(nèi)部包含硅敏感芯片。當(dāng)鋼柱受壓與內(nèi)部硅敏感芯片接觸,導(dǎo)致硅壓阻元件受壓彎曲時(shí)阻值發(fā)生變化,橋路各電阻的變化產(chǎn)生對應(yīng)的電壓輸出信號(hào)(圖2)。

圖1 FSG15N1A觸力傳感器

圖2 勵(lì)磁原理圖

2 標(biāo)定實(shí)驗(yàn)與分析

圖3為自制的傳感器標(biāo)定實(shí)驗(yàn)裝置。

圖3 傳感器標(biāo)定實(shí)驗(yàn)裝置

該裝置主要由Freescale單片機(jī)、電壓放大器、直流源、砝碼和施力裝置組成。利用施力裝置將重物載荷施加給傳感器,輸出的電壓信號(hào)經(jīng)由放大器放大后,由單片機(jī)進(jìn)行采集后上傳到計(jì)算機(jī)。通過測量引腳2和引腳4的壓差,可以確定重物施加的壓力(圖2)。具體實(shí)驗(yàn)條件,如表1所列。

表1 實(shí)驗(yàn)條件

經(jīng)發(fā)大器發(fā)大25倍后,根據(jù)采樣點(diǎn)的數(shù)目取平均值,可得傳感器輸出電壓值隨負(fù)載質(zhì)量的變化,如圖4所示。由圖4可知,傳感器輸出的電壓值隨負(fù)載質(zhì)量增加而增大,并呈線性變化。在負(fù)載較小時(shí),傳感器測量值存在較大偏差。在0點(diǎn)偏差量為0.47 N。經(jīng)過標(biāo)定實(shí)驗(yàn)擬合的輸出力公式可以較好的描述傳感器在不同載荷下的特性。

圖4 加載荷與輸出電壓關(guān)系

由測得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),經(jīng)擬合可以得到傳感器輸出的采樣值與壓力方程為:

式中:x為單片機(jī)讀取的采樣值。

傳感器測量精度評(píng)價(jià)數(shù)據(jù),如表2所列。由表2可知,傳感器測量負(fù)載質(zhì)量均方根值誤差為2 g(0.02 N),完全滿足機(jī)械手手指夾持力檢測精確要求。

表2 傳感器測量精度評(píng)價(jià)數(shù)據(jù) /g

3 結(jié) 論

通過自制的傳感器標(biāo)定裝置,進(jìn)行了傳感器在不同載荷下的標(biāo)定實(shí)驗(yàn),獲得了輸出力經(jīng)驗(yàn)公式。標(biāo)定傳感器測量誤差不超過0.02 N,因此提出的標(biāo)定方法,可很好的滿足機(jī)械手手指夾持力檢測精確要求。

[1] 馬錦垠,梁 斌.傳感器標(biāo)定數(shù)據(jù)處理方法對爆炸壓力測量誤差的影響[J],電子測量技術(shù),2012,35(6):58-61.

[2] 林 娜,馬 孜,胡 英,等.基于機(jī)器人系統(tǒng)的線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器標(biāo)定新方法[J].傳感器與微系統(tǒng),2007,26(9):101-103.

[3] 魏振忠,張廣軍,徐 園.一種線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器標(biāo)定方法[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào),2005,41(2):210-214.

[4] 王金橋,段發(fā)階,劉博文,等.線結(jié)構(gòu)光掃描傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)一體化標(biāo)定[J].傳感技術(shù)學(xué)報(bào),2014,27(9):251-252.

[5] 石炳存,王源水.標(biāo)定方法對稱重傳感器標(biāo)定的影響[J].寧夏工程技術(shù),2005,4(3):251-252.

Calibration Method to Parameters of FSG15N1A Contact Force Sensor

LIU Xiao-min,ZHAO Yun-wei,ZHENG Yong-yong,LIU Hong-bo
(Engineering Training Center,Beihua University,Jilin Jilin 132021,China)

The calibration method to parameters of FSG15N1A contact force sensor is put forward in this paper.The experimental device for calibration is set up,and data collection and calculation are carried out by the Freescale single chip microcomputer(SCM).Consequently,the relationship between samples output by sensor and the load weight is acquired and then the calibration error is analyzed.The results show that the calibration method can satisfy the accuracy requirements to measure the clamping force of the robot hand fingers.

contact force sensor;calibration experiment;pressure gauge

TP212.1

A

1007-4414(2015)05-0134-02

10.16576/j.cnki.1007-4414.2015.05.046

2015-07-28

吉林省科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(編號(hào):20150520109JH);吉林省教育廳“十二五”科學(xué)技術(shù)研究(編號(hào):20150158);吉林市科技創(chuàng)新發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(編號(hào):201464043),(編號(hào):20156413),北華大學(xué)博士啟動(dòng)基金。

劉曉敏(1980-),女,吉林吉林市人,講師,博士,研究方向:機(jī)械設(shè)計(jì)及理論,機(jī)器人技術(shù)。

趙云偉(1978-),男,吉林吉林市人,講師,博士,研究方向:智能精密制造,機(jī)器人技術(shù)。