仿生原型毫-微牛级二维力测试系统研制

发布时间：2021-11-06 10:33

　　为满足机械仿生学研究对测试仿生原型产生的毫-微牛级力的需要,构建了二维力测试系统。系统硬件部分主要包括自行研制的平行双簧片悬臂梁及其匹配的电涡流位移传感器、实现测试功能及测试样本简便更换的附属机构、测力传感器输出信号调理模块与能够完成A/D转换的数据采集卡,基于虚拟仪器技术LabVIEW编写了数据处理与界面显示程序。为检验系统的功能,进行了系统的运行调试并测试了仿生原型产生的摩擦力、法向力、刺穿阻力。结果表明,系统能够准确采集仿生原型的毫-微牛级力,并能在界面窗口实时、直观地显示,实现了毫-微牛级力的数据信息保存,测试精度可达50μN,量程可达800 mN。因此,所设计系统能够精确测试仿生原型产生的毫-微牛级二维力,为机械仿生学研究提供了所需的测力技术与方法。 

【文章来源】：河北科技大学学报. 2020,41(02)

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

毫-微牛级二维力测试系统原理

表1 平行双簧片悬臂梁工作部分尺寸Tab.1 Structure parameters of parallel double spring cantilevers 悬臂 有效工作长度l/mm 宽度b/mm 厚度t/mm 弹簧片之间距a/mm 弹簧片挖空宽度e/mm A 68 21 0.2 5 0 B 76 21 0.2 5 0 C 49 21 0.1 5 7电涡流位移传感器感应其与平行双簧片悬臂梁之间的距离变化并将之转换为线性电压,应具有测试精度高、线性度好,可实现微动测量等特点。选用上海振迪检测技术有限公司生产的电涡流式位移传感器ZD-260,其探头直径4 mm,线性范围0.50～4.5 mm,分辨力1 μm,能够确保系统测试精度。电涡流位移传感器位移-电压曲线方程为

如图3所示,测试平台及附属机构配合测力传感器,实现对仿生原型产生的附着力、法向力、摩擦力、刺穿阻力等毫-微牛级二维力的测试,并能实现测试样本(1 cm×1 cm)的简便置换。该毫-微牛级二维力测试系统硬件部分主要包括测力传感器(平行双簧片悬臂梁、电涡流位移传感器)及过载保护机构、测试平台、电源模块、数据采集卡、步进电机及驱动器,软件部分为基于虚拟仪器技术LabVIEW编写的数据处理与界面显示程序。水平丝杠滑块移动带动安装在水平测试样本固定平台的测试样本移动,使其接触安装在竖直测试样本固定平台的测试样本,以此使水平平行双簧片悬臂梁A产生弹性形变,与之配合的水平电涡流位移传感器采集该位移(弹性形变)信息并输出电压,代入式(3)获取加载在水平测试样本与竖直测试样本间的法向力。随后,安装在竖直测试样本固定平台的测试样本在竖直丝杠滑块移动作用下向上移动,竖直平行双簧片悬臂梁B或C产生弹性形变,与之配合的竖直电涡流位移传感器采集该位移(弹性形变)信息并输出电压,代入式(4)或式(5)获取加载在水平测试样本与竖直测试样本间产生的摩擦力。2.3 信号调理模块与数据采集卡选择


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