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题名基于L型铁钴的三维力触觉传感器设计及输出特性
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作者
崔淼
李明明
黄文美
翁玲
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机构
河北工业大学省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室
河北工业大学河北省电磁场与电器可靠性重点实验室
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出处
《电工技术学报》
EI
CSCD
北大核心
2024年第16期4944-4954,共11页
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基金
国家自然科学基金(51801053,52077052)
河北省自然科学基金(E2022202067)
中央引导地方科技发展资金(226Z1704G)资助项目。
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文摘
该文提出了一种基于L型铁钴丝的三维力触觉传感器,利用磁致伸缩材料铁钴合金设计制作了三维力触觉传感单元,并测试了该结构的输出特性。基于电磁原理、逆磁致伸缩效应和欧拉伯努利动力学原理,推导了输出电压方程。搭建触觉传感单元实验平台,对传感器进行法向和切向标定,设计的传感器法向测力范围为0~13 N,切向测力范围为0~6 N,输出特性具有良好的线性关系。其中,0~8 N法向力范围内灵敏度约为23.997 mV/N,9~13 N法向力范围内灵敏度约为17.537 mV/N;0~4 N切向力范围内灵敏度约为11.599 mV/N,5~6 N切向力范围内灵敏度约为6.281mV/N。在4Hz频率、2N法向力条件下,该传感器动态响应的输出电压幅值变化范围为46.5~49.8mV,与静态力输出电压幅值的相对误差低于5%,响应时间和恢复时间分别为25 ms和29ms,表明该传感器具有良好的动态特性。分别采用广义逆矩阵和BP神经网络对传感器测得的三维力进行解耦,其中,BP神经网络解耦方法平均误差仅有2.90%,可有效提高测量精度。该传感器体积小、输出线性度好,可同时实现静态力和动态力的测量,在智能机器人等领域具有良好的应用前景。
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关键词
逆磁致伸缩效应
BP神经网络
l型铁钴丝
动态力测量
静态力测量
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Keywords
Inverse magnetostrictive effect
BP neural networks
l-type iron cobalt wire
dynamic force measurement
static force measurement
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分类号
TM274
[一般工业技术—材料科学与工程]
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