2.2.3　电阻式多维力/力矩传感器检测原理

从以上的分析可知，智能机器人广泛使用的多维力/力矩传感器都基于电阻式检测方法，其中又以应变电测和压阻电测最为常见。如图2-5所示，基于应变电测技术的力/力矩信息检测方法，一般分以下几步完成传感器所受力/力矩到等量力/力矩信息输出的过程。

图2-5　基于应变电测技术的力/力矩信息检测原理

①载荷——弹性应变：载荷作用的传感器的弹性体发生与所受载荷成一定关系的极微小应变。

②弹性应变——应变片阻值的变化：弹性体上的应变片组也会发生与粘贴位置相同的变形和应变。

③阻值的变化——电压输出：通过相应的检测电路来将阻值的变化变成电流或电压的变化，以便进行下一步信息处理工作。

④电压输出——力/力矩信息输出：传感器应变片各组输出与其所受的载荷关系可以用检测矩阵来表示：

　　（2-1）

其中，表示传感器各应变片组的输出；表示传感器的检测矩阵；表示传感器所受载荷，F_i表示第i维力/力矩。

传感器所受力/力矩经解耦矩阵可得

　　（2-2）

当应变片组数大于传感器的维数时，且检测矩阵的维数等于传感器的维数时，应通过广义逆矩阵方法来计算：

　　（2-3）

为了控制器使用方便，把所获得的力/力矩转换成机器人末端执行器坐标系下的表示：

　　（2-4）

其中，表示在手爪坐标系下的三维力；表示在手爪坐标系下的三维力矩；表示方向转变矩阵；表示在手爪坐标中表示的，起点在传感器坐标系原点，终点在手爪坐标系原点的矢量；表示在传感器坐标系下的三维力；表示在传感器坐标系下的三维力矩信息；表示斜对称算子，其定义为

　　（2-5）