小型多自由度机械手测控系统设计+CAD图纸(6)
A压电式力传感器
由物理学知，一些离子型晶体的电介质(如石英、酒石酸钾钠、钛酸钡等)不仅在电场力作用下，而且在机械力作用下，都会产生极化现象。即：在这些电介质的一定方向上施加机械力而产生变形时，就会引起它内部正负电荷中心相对转移而产生电的极化，从而导致其两个相对表面(极化面)上出现符号相反的束缚电荷，且其电位移D(在MKS单位制中即电荷密度σ)与外应力张量T成正比；当外力消失，又恢复不带电原状；当外力变向，电荷极性随之而变。这种现象称为正压电效应，或简称压电效应。压电效应是压电传感器的主要工作原理，压电传感器不能用于静态测量，因为经过外力作用后的电荷，只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存，所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。
图4.2 压电式传感器
B应变梁式力传感器
应变梁式，悬臂梁是一端固定、一端自由的弹性敏感元件。它的特点是灵敏度比较高。所以多用于对较小力的测量。例如，民用电子称中就多采用悬臂梁。当力F以如图所示的垂直方向作用于的铝质悬臂梁的末端时，梁的上表面产生拉应变，下表面产生压应变，上下表面的应变大小相等符号相反。粘贴在上下表面的应变片也随之拉伸和缩短。得到正负相间的电阻值的变化，接入桥路后，就能产生输出电压，通过其线性关系就可以得到位移量。
图4.3 应变梁式传感器
测量机械手最大负载，由于机械手负载是逐步加到到预设值，固必须选用适合动态测量的传感器，另一方面须考虑到测试过程中应避免偏心状态，而产生的测试误差。
手爪（指）上的一对爪（指）力传感器，主要是用来检测机械手对工作对象（提起的重物）的夹紧力的测试与控制。它测试值是决定执行与控制程序的关键。在设计中考虑的关键参数是：传感器量程，由抓取重物时所需的手爪（指）的夹紧力所决定。主要考虑被抓物体与手爪（指）材料的摩擦系数以及由运动引起的动载荷影响。同时还要考虑传感器的精度、寿命、体积与安装方式。
表4.1 指力传感器性能比较
性能
类型 动态响应 灵敏度 体积（相对） 静态测量效果 安装（与手指连接）
压电式 好 好 小 不可测量 容易
应变式 较好 好 大 好 较易
垫片式 好 好 小 好 容易
在查阅了相关资料和一些传感器的技术指标后根据整个系统的综合要求决定选取垫片式力传感器作为爪（指）力传感器。
根据设计要求，选择KMR20，其特点为：垫片式力传感器；不锈钢材质；高可靠度等。其外观示意图见图4.4，尺寸示意图见图4.5，主要技术指标见表4.2。
图4.4 外观示意图
图4.5 尺寸示意图
表4.2 主要技术指标
测力范围KN 20
灵敏度mV/V 1.7
灵敏度温漂%10K2） ≤±1
零点温漂%10K ≤±0.5
重复性% ≤±1
输入电阻Ohm 560±190
输出电阻Ohm 350±5
绝缘电阻GOhm ＞5
工作温度范围℃ -10～+70
过载能力% 500
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