无耦合六维力—力矩传感器数据采集系统研究

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六维力-力矩传感器是机器人系统的重要组成部分,对实现机器人的力-位控制起着重要作用。现有的六维力-力矩传感器在结构机检测原理上具有耦合性,需要程序上的解耦算法实现六维力-力矩的检测。本课题组自主研发了用于仿人行走机器人脚部的无耦合六维力-力矩传感器机械本体,从结构上解决六维力-力矩传感器力检测时普遍存在的耦合问题。但是,力传感器的输出信号能够用于机器人控制系统中,还需要有配套的数据采集系统。本文围绕无耦合六维力-力矩传感器力检测原理,设计研发配套的数据采集系统。对数据采集硬件系统进行设计。针对力传感器转换电路输出存在零漂、信号弱、抗干扰能力差等问题,搭建模拟信号的预处理电路,对电桥电路、信号放大器电路、低通滤波器电路、信号补偿电路进行分析。采用TI公司生产的C2000系列DSP芯片,对以DSP为核心的最小硬件电路、A/D转换电路、通信接口电路进行设计。绘制硬件电路原理图,并制作电路板。开发基于DSP数据采集系统软件。硬件电路的功能实现,需要配套的软件程序驱动。通过对DSP底层程序需求分析,在CCS3.3软件开发平台下,开发面向DSP的底层功能程序。设计模数转换程序、平均值法滤波程序、数据类型处理程序、串口通信程序,并组成样机进行了数据采集和串口通讯测试。使用Visual C++软件开发平台,开发上位机应用软件开发。采用MFC编程控制串口,并实现了上位机与底层DSP的串口通信。编写动态链接库函数,并编程动态链接编写的DLL文件。
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