【摘 要】
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随着机器人技术的发展,机器人传感器在20世纪70年代出现,机器人传感器使机器人具有触觉、力觉和听觉等,是智能机器人不可缺少的感觉元件,可见传感器在智能机器人系统中的重要
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随着机器人技术的发展,机器人传感器在20世纪70年代出现,机器人传感器使机器人具有触觉、力觉和听觉等,是智能机器人不可缺少的感觉元件,可见传感器在智能机器人系统中的重要地位.双足步行机器人是智能机器人的一种,要想实现机器人的步态控制,必须实时检测出外界对机器人足部作用力的信息,因此研制出适用于双足步行机器人踝关节的六维力传感器具有深刻的理论和现实意义.机器人踝关节六维力传感器的许多静态特性能够利用其数学模型描述,并且可以利用数学工具进行深入研究.该文利用矩阵分析理论建立了传感器的一阶静力影响系数矩阵,从理论上对传感器的测量误差的产生和影响因素进行了分析,同时提出了六维力传感器的静态和动态性能指标,这为传感器的设计和评价提供了理论依据.六维力传感器弹性体是传感器系统的核心元件之一.该文根据六维力传感器基本性能要求和传感器弹性体材料的性能要求,确定了弹性体材料.然后该文应用ANSYS软件对常见的四垂直筋结构和十字结构弹性体进行有限元分析并指出两种结构的优缺点.在此基础上,该文在弹性体的刚度与灵敏度之间找到一个的平衡点,提出了一种新型组合式弹性体结构,并对其进行了静态和动态分析.由有限元法分析的结论可知,施加不同的载荷时弹性体上的最大应力及应变区.利用此结果本文依据应力测量原理,确定了最佳应变片粘贴区和组桥布片方案,并从理论上分析了其如何实现解耦输出.作者采用模块化设计思想设计了传感器信号处理系统,从而使得六维力传感器信号处理系统实现小型化,电路板体积小、重量轻,电路可扩展性强,可根据用户对产品的需求扩展和升级系统.在此基础上本文设计了一套静态标定装置,并分别应用最小二乘方法和人工神经网络方法对传感器标定数据进行了处理分析,并对标定结果进行了分析.该文的研究成果对仿人踝关节六维力传感器的进一步研究有重要的理论和实际应用意义,该文提出的新型组合式弹性体结构、信号处理系统的模块化设计、应用神经网络方法标定传感器在中国机器人智能化的发展道路上都具有重要的现实意义.
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