[发明专利]基于耦合误差建模的多维力传感器解耦方法

说明书

技术领域

本发明用于传感器领域，是一种多维力传感器解耦算法。适用于减小或消除多维力传感器的维间耦合干扰，提高传感器的测量精度。

背景技术

多维力传感器用于感知空间中的正交力/力矩，常装配于机械手的前端用于智能机器人力觉、触觉的临场感觉。随着智能机器人技术的飞速发展，多维力传感器成为机器人领域非常重要也是使用非常广泛的传感器之一，其精度直接影响到整个机器人的精确控制。而耦合的存在是制约传感器精度的一个重要方面。

理想的多维力传感器，每一维输出通道的输出值仅取决于该方向作用力/力矩的大小，与其余方向作用力/力矩大小无关。但由于机械制造水品、贴片工艺、应变片横向效应与检测方式等方面的原因，几乎每一维作用到传感器的力/力矩分量都会对传感器各路输出信号产生影响，这就是维间耦合。耦合的存在严重地影响着传感器的测量精度。

一路信号的输入会对各路输出通道发生作用，产生耦合干扰，影响传感器的测量精度，这就是传感器维间耦合的本质。解耦就是要在最大程度上减小或消除耦合干扰。由于硬件解耦涉及众多难以解决的技术工艺问题，同时又会增加传感器的制造成本，相比较而言，软件解耦具有可行性强、精确度高、价格低廉等优点。软件解耦就是使用解耦算法，通过相应的公式计算，在最大程度上减小耦合所带来的负面影响，提高传感器的精度。传统的基于求解矩阵广义逆的静态解耦算法涉及到众多矩阵运算，算法复杂，运算量大，容易产生病态矩阵，影响解耦的精度。

发明内容

本发明提供一种基于耦合误差建模的多维力传感器标定解耦方法。采用最小二乘法拟合一元函数进行耦合误差建模，然后将系数代入相关公式求解，无需复杂的矩阵运算，算法简单可靠。本发明方法的技术方案是：包括首先采用分析法建立耦合误差理论模型，然后对多维力传感器做静态标定试验，采用系统辨识法根据所得实验数据确定耦合误差理论模型的待定系数。在具体的测力过程中，将测力输出值代入系数确定的解耦公式，求解力/力矩完成解耦。

可按以下步骤进行：

步骤1采用分析法建立耦合误差理论模型

所述采用分析法建立耦合误差理论模型的方法是：

步骤1.1：忽略耦合误差，推导无耦求力公式：

把传感器视为理想，忽略耦合误差的存在，假设在载荷范围内传感器各维输出值仅与该维力/力矩的输入有关，且输入输出构成线性定常系统，则：

u_s＝k_s，sf_s       s为正整数           (1)

u_s表示多维传感器的第s维输出值，f_s表示在多维传感器上加载的第s维力/力矩，k_s，s为待求系数，由式(1)得:

fs=1ks,sus]]>s为正整数    (2)

令1ks,s=ks,s′,]]>则

fs=ks,s′us]]>s为正整数    (3)