[发明专利]一种集成数据采集系统和惯性力补偿系统的六维力传感器

说明书

本发明公开一种集成数据采集系统和惯性力补偿系统的六维力传感器，包括上盖板、弹性体和下盖板，上盖板和下盖板分别设置在弹性体的上下两端，弹性体上设置组桥PCB、模拟量PCB和通讯PCB，组桥PCB和模拟量PCB通过漆包线焊接连接，模拟量PCB与通讯PCB通过排针接插连接，组桥PCB粘接在弹性体上，弹性体内的惠斯通电桥的差分信号接入模拟量PCB，模拟量PCB上集成姿态角度传感器，模拟量PCB的输出由通讯PCB的通讯端口接到外部。优点：本六维力传感器，集成数据采集系统和惯性力补偿系统，降低惯性力对六维力传感器测量造成测量误差的影响，提高测量精度、减小测量误差、提高传感器的重复性。

技术领域

本发明涉及机器人应用领域，尤其在自动化和工业机器人领域内应用的六维力传感器，具体一种集成数据采集系统和惯性力补偿系统的六维力传感器。

背景技术

多维力传感器和力矩传感器指的是一种能够同时测量两个方向以上力及力矩分量的力传感器，在笛卡尔坐标系中力和力矩可以各自分解为三个分量，六维力传感器能够测量空间任意力系中的三维正交力（Fx、Fy、Fz）和三维正交力矩（Tx、Ty、Tz）。六维力传感器广泛应用于机器人、工业自动化、军工等领域中，在应用的各个领域中六维力传感器发挥举足轻重的作用，相当于人的大脑。

在静态条件下，机器人腕部六维力传感器测得的力和力矩一般有四部分组成，即：①、传感器本体自重的影响；②、负载自重的影响；③、负载惯性力作用的影响；④负载所受外部接触力的影响。由于六维力传感器在工业机器人应用领域通常都是安装在机械臂的末端，再通过一系列的转接装置和末端的执行器连接，在机器人运动过程中，负载的姿态随之改变，而重力的方向始终竖直向下，因此，负载的自重或者惯性力将对六维力传感器测试数据产生影响，造成了六维力传感器所测量的数据不准确、测量误差大、数据重复性较差、等等相关问题。

发明内容

本发明目的是，提出一种集成数据采集系统和惯性力补偿系统的六维力传感器，能够降低由重力或者惯性力对六维力传感器测量造成测量误差的影响，能够提高六维力传感器测量精度、减小测量误差、提高传感器的重复性。

本发明采用的技术方案是：一种集成数据采集系统和惯性力补偿系统的六维力传感器，包括上盖板、弹性体和下盖板，上盖板和下盖板分别设置在弹性体的上下两端，弹性体是传感器的敏感元件，弹性体上设置组桥PCB、模拟量PCB和通讯PCB，组桥PCB和模拟量PCB通过漆包线焊接连接，模拟量PCB与通讯PCB通过排针接插连接，组桥PCB粘接在弹性体上，

弹性体内应变梁上粘贴金属应变片和组桥PCB上粘贴接线端子，组成惠斯通电桥，惠斯通电桥的差分信号通过连接线接入模拟量PCB，模拟量PCB上集成姿态角度传感器，模拟量PCB的输出由通讯PCB的通讯端口接到外部。

本发明技术方案的六维力传感器，通过敏感元件应变片将力学量转化为电信号的一种测量方式，将应变片粘贴在弹性体上面，通过接线端子组桥。

本发明技术方案的六维力传感器，在模拟量PCB上集成了姿态角度传感器，实现惯性力补偿，能够提高六维力传感器在机器人上使用时测量的精确性和精度，减小测量误差。

对本发明技术方案的进一步优选，六维力传感器的处理电路包括放大电路、模/数转换电路、微型控制器电路和通讯电路，惠斯通电桥的差分信号接入，由放大电路放大，放大后的信号由模/数转换电路，把模拟信号转换成数字信号，进入微型控制器电路进行数据采集，采集的数据通过通讯电路进行数据传输；

放大电路集成在模拟量PCB上，放大电路包括仪表放大器AD8222ACPZ、放大倍数匹配电阻R3和差分低通滤波器组成固定增益倍数实现对微弱差分信号放大；