第31第12期 2018年12月
传感技术学报
CHINESE JOURNAL OF SENSORS AND ACTUATORS
Vol.31No.12 Dec.2018
OptimizationofStewartSix-DimensionalForceSensorDecouplingAlgorithm
LIU Xiaoyu,GAI Guanghong( Shaanxi Elecrriozl Equipmemt Institute,Xi'an 710075, China)
Abstract :In order to meet the requirement of high stiffness of six axis force sensor,fixed constraint was used to re-place hinge constraint. By processing the calibration data obtained from the one-dimensional loading of the sensor prototype,it was found that when using the method of solving the calibration matrix or BP neural network , there was a big problem of large inter-dimensional coupling or multi-dimensional loading error. A new idea was proposed, that is , load single dimension force and multi-dimensional force at the same time. By using the above two methods to de-couple ,it is found that the new idea can reduce the maximum error to 2.27% when using BP neural network decou-pling,which proves that this method can solve the problems of inter-dimensional coupling and multi-dimensional loading simultaneously
Key words : six-dimensional force sensor; static decoupling ; multidimensional loading ; dimensional coupling
EEACC:7230
doi:10.3969/j.issn.10041699.2018.012.014
Stewart六维力传感器解耦算法优化
刘晓宇*，盖广洪（陕西电器研究所，西安710025）
摘要：为满足六维力传感器的高刚度要求，使用固支约束代替铰约束。通过对传感器样机单维加载获得的标定数据进行处理，发现在使用求解标定矩阵或BP神经网络训练的方法时，分别存在维间耦合较大和多维加载误差极大的间题。对此提出一种新的思路，即在标定时同时进行单维加载和多维加载。之后使用上述两种方法进行解揭，对比发现，对新的方法，在使用BP神
经网络解耦时，将最大误差降低到了2.27%，证明该方法能够同时解决六维力传感器的维间耦合间题和多维加载间题。关键词：六维力传感器；静态解耦；多维加载；维间耦合
中图分类号：TP212.12
文献标识码：A
Stewart结构具有刚度高、对称性好、结构紧凑以及解耦特性好等优点，特别适合作为六维力传感器力敏元件结构[1]。
理想的六维力传感器在输入单维的力/力矩时，输出的应当只有该方向的力/力矩。然而由于结构设计、加工精度等问题，必然会导致其他方向也有力的输出，即产生维间耦合。
为降低维间耦合，一方面会引人关节轴承、万向节、球铰链、柔性结构等释放多余耦合力[2]；另一方面使用求解标定矩阵[3-5]和BP神经网络训练[6-9] 两种算法进行解耦。由于实际工程中传感器须达到极大的刚度，需将弹性杆件固定约束，导致该传感器输入输出无法满足线性关系，因而传统的使用单维加载数据进行解耦[10-12]及个别文章提及的有关二维加载3]方法均无法在该情况下使用。
本文在此基础上进行了解耦算法的比较与优化
收稿日期：2018-06-20
修改日期：2018-08-30
文章编号：1004-1699(2018)012-185804 设计，以使得该传感器的精度能够达到要求。
1
Stewart传感器测量原理
如图1所示的Stewart六维力传感器，其包含上
平台、下平台和6个弹性分支杆件。上、下平台与弹性杆件通过去耦结构连接，各个平台的去耦结构分
B
图1传感器结构示意图