طراحی و ساخت سنسور نیرو/گشتاور شش محوره با استفاده از استرین‌گیج

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه تربیت مدرس، دانشکده مهندسی مکانیک

2 هیات علمی دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه تربیت مدرس

چکیده

در این مقاله، یک سنسور نیرو/گشتاور شش محوره با استفاده از استرین‌گیج طراحی و ساخته شده است. ویژگی حداقل بودن کوپلینگ مکانیکی در طراحی این سنسور از اهمیت زیادی برخوردار است که برای این منظور، یک آرایش متشکل از 24 عدد استرین‌گیج‌ به گونه‌ای انتخاب شده که ولتاژهای خروجی‌ شش پل وتستون متناظر با مولفه-های بارگذاری، از هم مستقل باشند. سنسور ساخته شده، تحت بارگذاری‌های یک و چند مولفه‌ای قرار گرفته، خروجی‌ پل‌های وتستون اندازه‌گیری و خطای کوپلینگ محاسبه شده است. میانگین 3/7% خطای کوپلینگ سنسور، نشان دهنده ویژگی استقلال خروجی‌ها از یکدیگر می‌باشد. فرایند کالیبراسیون طبق استاندارد ANSI1979 انجام شد و مشخصات سنسور محاسبه شده است که کمترین دقت و بیشینه خطای غیر خطی، مربوط به مولفه Fx و به ترتیب برابر 14.78%Fs و 6.42%Fs است و بیشینه خطای تکرارپذیری، مربوط به مولفه Mz و برابر 9.63%Fs می‌باشد. با هدف کاهش تلفات هیسترزیس، بارگذاری مستقیما روی سازه انعطاف‌پذیر برای مولفه Fz اعمال شده است که در نتیجه، دقت به مقدار قابل توجهی افزایش یافته و به مقدار 3.99%Fs رسیده و خطاهای غیرخطی بودن و تکرارپذیری کاهش پیدا کرده و به مقدار 0.52%Fs و 2.60%Fs رسیده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Design and fabrication of six axis force/torque sensor using strain gauges

نویسنده [English]

  • mohammad reza taherzadehghahfarokhi 1
1 faculty of mechanical engineering, Tarbiat modares university
چکیده [English]

In this paper, a six-axis force/torque sensor is designed and fabricated using strain gauge. The characteristic of minimal mechanical coupling or independent output voltages is very important in designing this type of sensors. For this purpose, an arrangement consisting of 24 strain-gauges is used so that the output voltages of the six Wheatstone bridges corresponding to the loading components are independent of each other. Sensor is subjected to single and combined loads, the output of the Wheatstone bridges is measured and coupling error is calculated. An average of 7.3% of coupling error indicates the independence of the outputs from each other. The calibration process was performed according to the ANSI1979 and the sensor specifications were calculated. The minimum accuracy and maximum nonlinearity error are related to Fx loading and equal to 14.78%Fs and 6.42%Fs respectively and the maximum repeatability error related to the Mz loading is equal to 9.63%Fs. In order to reduce hysteresis losses, loading is applied directly to flexible structure for the Fz. As a result, the accuracy has increased significantly to 3.99%Fs and the errors of nonlinearity and repeatability have decreased to 0.52%Fs and 2.60%Fs.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Six-axis Force/Torque Sensor
  • Strain Gauge
  • Flexible Structure
  • Mechanical Coupling