微型式电容六轴力/扭矩传感器,具有大范围,高灵敏度和低交叉声响
Renjie Tan1,2, Yong Xia1,3, Xiangguang Han4,5
1State Key Laboratory for Manufacturing Systems Engineering, International Joint Laboratory for Micro/Nano Manufacturing and Measurement Technologies, Xi'an Jiaotong University (Yantai) Research Institute for Intelligent Sensing Technology and System, Xi'an Jiaotong University, 710049, Xi'an, China.
Microsystems & nanoengineering
|November 29, 2024
概括
研究人员开发了一个小型的基于的电容六轴力/扭矩传感器芯片,用于机器人和外科手术. 这个紧的传感器提供精确的力和扭矩检测与最小的交叉声,使先进的应用在狭窄的空间.
科学领域:
- 微电子机械系统 (MEMS) 是指微电子机械系统.
- 传感器技术 传感器技术
- 机器人和自动化 机器人和自动化
背景情况:
- 现有的力/扭矩传感器对于在狭窄空间的应用来说太大了,比如微创手术和机器人触觉传感器.
- 需要小型传感器,能够高精度测量六轴力和扭矩.
研究的目的:
- 设计,制造和测试一个小型的基于的电容六轴力/扭矩传感芯片.
- 为了在一个紧的形状因素中实现低轴交叉和大测量范围.
主要方法:
- 设计了一个基于的电容传感芯片 (9.3 × 9.3 × 0.98毫米).
- 采用了三明治解结构,配有S形梁,子和并行电容器.
- 推导出一个解理论,考虑离心率和非线性效应.
- 利用结合的多物理场有限元素模拟进行分析.
主要成果:
- 传感芯片成功检测了六轴的力/扭矩分别.
- 交叉语音错误低于2.59%的FS.
- 达到的力和扭矩测量范围分别为2.5N和12.5N·mm.
- 证明了0.52 pF/N (力) 和0.27 pF/{N·mm) (扭矩) 的高灵敏度.
结论:
- 开发的微型传感芯片满足了在狭窄的操作空间中应用的要求.
- 新的设计和脱理论使得精确的六轴力/扭矩传感与低交叉声.
- 这项技术提升了机器人传感和微创手术工具的能力.
