[实用新型]一种六轴力/力矩传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种传感器，特别是涉及一种六轴力/力矩传感器。

背景技术

多维力传感器发展至今，基于应变电阻式测量原理且多种结构的弹性体得到了很大的发展，应用也非常广泛。工业机器人在打磨过程中，需要实时检测抛光面的作用力反馈，通过六轴力/力矩传感器进行力/力矩采集，对采集到的压电信号进行转换和计算，计算出施加在弹性体表面的力、力矩大小，用以实现较高的抛光打磨工艺。在行业应用中，对力/力矩传感器的产品需求具有功能相同、量程多样性的特点，同时在不同量程下具有不同的精度。因此从工程实用角度来讲，在弹性体设计，应变片贴装，高精密电路统一的情况下，需要软件标定算法具有自适应的特点，以此来满足六轴力/力矩测量设备产品系列化，实用化的要求。

实用新型内容

本实用新型的目的，是提供一种六轴力/力矩传感器，并对六轴力/力矩传感器在零点处进行去零漂整定。

采用的技术方案是：

一种六轴力/力矩传感器，用于对作用于六轴弹性体上的力/力矩进行采集，包括六路调理放大电路。

所述调理放大电路，包括运算放大器、电压基准源，数字可编程电位计和数模转换器，其特征在于：

数字可编程电位计和数模转换器设定在运算放大器的负输入端，其中：

数字可编程电位计的A₁脚接运算放大器的负输入端。电压基准源经电阻R₂与可编程电位计的B₁脚连接，并经电容C₂接地。数模转换器的AO1脚经电阻R₁与电阻R₂连接，同时与数字可编程电位计的B₁脚及电容C₂连接。数字可编程电位计和数模转换器的信号输出端Tx脚经SPI总线与微控制器的Rx接口连接，微控制器的信号输出端Tx通过SPI总线分别与数字可编程电位计和数模转换器的信号输入端Rx连接。运算放大器的正输入端接电阻R₃的一端，同时经电容C₁接地，电阻R₃的另一端接电压输入端。

六轴弹性体力/力矩的检测方法，包括下述步骤：其中使用的硬件包括本实用新型的六轴力/力矩传感器。

将弹性体水平摆放在试验台上，在x,y,z轴三个方向上均不受力，既弹性体保持空载状态。传感器电路上电，信号线连接正确，微处理器对数字可编程电位计及DA芯片设置初始值，然后通过自动记录六通道所采集的空载电压ΔUi,i=1~6，基于当前量程要求，理论计算每通道目标电压U_iMax,i=1~6。然后依据迭代公式调整DA芯片对应第一通道输出，数字电位计对应第一通道输出，再次采集第一通道空载电压，将结果与对应通道目标电压作比较，如果误差较大，将比较误差再次代入迭代公式，计算出新的DA输出值和数字电位计值，通过微处理器更新DA和数字电位计输出，再次采集空载电压，进行比较，如此往复，直到空载电压与目标电压在允许误差范围内，第一通道标定完毕。再次进行第二通道的标定，当六通道全部标定完毕，微控制器发送报文至人机界面，操作人员通过观测人机界面，结束标定过程。

本实用新型采用的数字可编程电位计，电阻电容和数模转换器，电压基准源。数字可编程电位计选用共采用三个芯片，每个芯片支持两路电位计数字编程，数模转换器采用八通道16bit芯片。既在六路电压信号的调理放大电路当中，共计三个可编程数字电位计和一个数模转换器，一个基准源，六个运算放大器。

由于本实用新型将数字可编程电位计和数模转换器设计在运放放大器的负输入端，通过修改可编程电位计和数模转换器，实现了对输入信号的偏移和放大调整，构建了硬件调理电路的在线软调谐基础。

本实用新型采用的微控制器对一个数模转换器和三个数字可编程电位计的控制采用SPI(SerialPeripheralInterface)板级总线通信方案，且共用一条总线，采用总线分时复用的机制。

由于微控制器对三个可编程数字电位计采用级联设计方案，降低了微控制器使用资源，且末位芯片输出反馈至微控制器，构建了硬件电路的闭合自诊断功能。