[发明专利]一种六维力传感器解耦及误差计算方法

说明书

技术领域

本发明属于六维力传感器设计制造技术领域，涉及一种六维力传感器解耦及误差计算方法。

背景技术

六维力传感器能同时检测三维空间的全力信息，即3个力分量和3个力矩分量，在工程实际中有广泛的应用。当前的六维力传感器设计上一般采用整体式结构，各输出通道之间普遍存在比较复杂的耦合关系。如不对各通道输出数据进行解耦，将会在一定程度上影响传感器的测量精度。因此，消除维间耦合是提高六维力传感器测量精度的关键。

关于六维力传感器的解耦，目前并没有统一的处理办法。有人提出了一种基于神经网络的解耦方法，该方法依托神经网络的多次学习，逐步逼近最佳解耦矩阵。此种方法计算量大，比较复杂，对软硬件要求较高，且对传感器各维力相对误差情况没有明确的计算方法，其工程应用前景有待进一步观察。还有人提出了一种正向、负向多次测量取平均值的思路进行线性解耦。此种方法需要在递增、递减载荷方向进行多次测量，解耦过程费时费力，不利于工程化实施。

因此，目前急需一种能够工程化应用的高效的六维力传感器解耦及误差计算方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种六维力传感器解耦及误差计算方法，该方法可以解决目前六维力传感器解耦方法存在的不足。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种六维力传感器解耦及误差计算方法，包括以下步骤：

步骤一：选择各维力分量正负方向标定点；

步骤二：分别独立加载F_x方向各标定点载荷，每个载荷点做6次，记录每次测得电压值；

步骤三：按最小二乘原理拟合步骤二中每次测量的电压-力曲线；

步骤四：同理拟合其余维电压-力曲线；

步骤五：计算95％置信区间电压U的极大值和极小值；

步骤六：统计整理实验数据，得到矩阵A和B。

进一步，本方法具体包括以下步骤：

1)按最小二乘法原理，六维力传感器分别单独加载各外力分量(F_x、F_y、F_z、M_x、M_y、M_z)时，各力分量与电桥输出电压之间的线性回归方程为：

U_ij＝a_ijF+b_ij (i,j＝1,2,…,6)   (1)；

2)确定各力分量(F_x、F_y、F_z、M_x、M_y、M_z，)的正负对称方向的加载数目n及大小；