维间差异较大的三维力传感器设计与解耦研究

摘要

足底法向力是切向力的10倍，甚至更大，使得切向力难以准确测量。针对这一问题，设计了一种新型足底三维力传感器。传感器结构用滚球支撑结构支撑重力，并通过分离法向力与切向力的测量方法，有效解决了维间差异较大的问题。采用双孔悬臂梁结构测量法向力，十字浮动梁结构测量切向力，并建立传感器模型。基于有限元静力学仿真分析和静力加载实验，结果表明：该结构的三维力与输出应变之间呈线性正比关系，三维力F_z、F_x、F_y实验与仿真输出应变误差分别为3.91%、0.027%、1.14%,耦合误差均小于3%,证明了该设计方案的可行性。进一步对传感器进行线性解耦得出三维力与输出应变的数学模型，并通过Ⅰ类误差和Ⅱ类误差计算验证了线性解耦的可靠性。

关键词

足底力 / 三维力传感器 / 足底切向力 / 应变式传感器 / 线性解耦