基于卡爾曼濾波與多次采集的多維力線性解耦方法
【專利摘要】本發(fā)明針對多維力傳感器的維間耦合問題，提出一種基于卡爾曼濾波與多次采集的分段線性解耦方法。其中包括：建立耦合誤差模型，對多維力傳感器每個(gè)力值的正負(fù)方向分別推導(dǎo)力值-電壓的輸入-輸出公式，然后對多維力傳感器做靜態(tài)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)，采用卡爾曼濾波的方法對多維力傳感器輸出的電壓進(jìn)行濾波，并對每個(gè)加載力值點(diǎn)多次測量，得到加載力值與三維力傳感器輸出電壓的輸入輸出關(guān)系圖，然后采用求解超定線性方程組最小二乘解的方法，得到力值-電壓擬合公式的待定系數(shù)，對系數(shù)矩陣求逆得到多維力傳感器的解耦矩陣，完成解耦過程。本方法與傳統(tǒng)解耦方法相比，在不增加計(jì)算量的情況下，能夠顯著提高多維力傳感器的解耦精度。
【專利說明】基于卡爾曼濾波與多次采集的多維力線性解耦方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明用于傳感器領(lǐng)域，是一種多維力傳感器解耦方法。適用于減小或消除多維力傳感器的維間耦合干擾，提高多維力傳感器的測量精度。
【背景技術(shù)】
[0002]多維力傳感器是用于測量多維空間中力/力矩分量的傳感器，主要用于機(jī)器人手腕部，利用它來測量機(jī)器人手部的受力情況并實(shí)現(xiàn)力反饋控制。隨著研究的不斷進(jìn)步，六維力傳感器已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于航空航天、制造與裝配、體育競技以及遙操作機(jī)器人等領(lǐng)域。多維力傳感器的耦合誤差的存在影響了多維力傳感器精度的提高，同時(shí)也限制了多維力傳感器在高精度測量與控制領(lǐng)域的應(yīng)用。
[0003]單維力傳感器能夠通過改進(jìn)結(jié)構(gòu)，增加補(bǔ)償測量應(yīng)變電橋，達(dá)到很高的測量精度。多維力傳感器由于需要兼顧不同方向力的靈敏度與精度的要求，單維力傳感器的研究方法并不適用。多維力傳感器在各個(gè)方向上都是對力敏感的，在傳感器的某一維施加力會在其它方向上有輸出，被稱為I禹合誤差。
[0004]減小多維力傳感器耦合誤差的方法主要可分為優(yōu)化傳感器結(jié)構(gòu)與改進(jìn)解耦算法兩類。通過優(yōu)化多維力傳感器結(jié)構(gòu)減少耦合誤差的方法，受機(jī)械加工誤差，應(yīng)變電橋的電阻誤差及貼片位置等因數(shù)的影響較大。成本高昂，且良品率低，使得現(xiàn)階段的實(shí)用性不高，而改進(jìn)解耦算法具有可行性強(qiáng)、精確度高、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，成為目前多維力傳感器減少耦合誤差的實(shí)用解決方案。
[0005]傳統(tǒng)的解耦方法未能完整的標(biāo)定耦合方向的數(shù)據(jù)，不能得到穩(wěn)定可靠的解耦系數(shù)，因此影響了多維力傳感器解耦精度的提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提出一種能夠?qū)崿F(xiàn)高精度解耦的基于卡爾曼濾波與多次采集的多維力傳感器線性解耦方法。
[0007]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0008]一種基于卡爾曼濾波與多次采集的多維力傳感器線性解耦方法，包括以下幾個(gè)步驟:
[0009]步驟1:采用分析方法建立多維力傳感器耦合誤差模型:
[0010]步驟1.1:對η維力/力矩傳感器，η為正整數(shù)，η≤6，共有η維力/力矩輸入f1;f2,...fn和對應(yīng)η維輸出電壓值U1, u2，...Un，其中，對Ui的影響值在Ui所占的部分為Ui,
4對七的影響值在Ui所占的部分為Ui,2，…，4對七的影響值在Ui所占的部分為Ui,n，其中 i = 1，2，3，...η，則
【權(quán)利要求】
1.一種基于卡爾曼濾波與多次采集的多維力傳感器線性解耦方法，其特征在于包括以下幾個(gè)步驟: 步驟1:采用分析方法建立多維力傳感器耦合誤差模型: 步驟1.1:對η維力/力矩傳感器，η為正整數(shù)，η < 6，共有η維力/力矩輸入f\，f2,...fn和對應(yīng)η維輸出電壓值U1, u2，...Un，其中，對Ui的影響值在Ui所占的部分為Ui,4對七的影響值在Ui所占的部分為Ui,2，…，4對七的影響值在Ui所占的部分為Ui,n，其中 ?=1,2,3,...η，則
【文檔編號】G01L25/00GK103454029SQ201310394838
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年9月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月3日
【發(fā)明者】宋愛國, 潘棟成, 徐寶國, 武秀秀, 陳丹鳳 申請人:東南大學(xué)