六軸力扭矩傳感器極其靈敏,能夠感應(yīng)力或扭矩的最小變化。然而,在大多數(shù)機(jī)器人系統(tǒng)中,噪聲是不可避免的,并且傳感器的讀數(shù)會(huì)因噪聲干擾而損壞。噪聲破壞對(duì)于應(yīng)用程序來說是不可接受的;尤其是那些對(duì)安全至關(guān)重要的手術(shù),例如機(jī)器人輔助手術(shù)。
當(dāng)與機(jī)器人控制器一起在閉環(huán)中運(yùn)行時(shí),損壞的信號(hào)是有害的。當(dāng)試圖補(bǔ)償這些高頻信號(hào)時(shí),快速控制器通常會(huì)做出非常積極的反應(yīng),整個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)可能會(huì)變得不穩(wěn)定,可能導(dǎo)致材料損壞。
在這里,我們將仔細(xì)研究噪聲產(chǎn)生的原因、噪聲源,以及如何減少破壞力-扭矩傳感器讀數(shù)和機(jī)器人系統(tǒng)的噪聲。
一、傳感器信號(hào)噪聲大的原因分析
電磁干擾 (EMI) 通常是信號(hào)中產(chǎn)生噪聲的原因。 EMI 造成的損壞很常見,并且可能有多種來源。附近的電動(dòng)機(jī)、電源或高頻通信可能是電噪聲源,可能會(huì)導(dǎo)致傳感器信號(hào)失真。
某些應(yīng)用程序不能冒讀數(shù)或系統(tǒng)受到噪聲影響的風(fēng)險(xiǎn)。為了緩解這個(gè)問題,我們提出以下解決方案來減少噪音干擾。
傳感器信號(hào)噪聲源:
- 手機(jī)
- 燈
- 電機(jī)
- 風(fēng)扇
- 電腦
- 繼電器
- 大型機(jī)械
- 發(fā)電機(jī)。
減少噪音的第一步是識(shí)別噪音源并將其與解決方案(通常是硬件或軟件修改)配對(duì)。硬件修改被認(rèn)為是一種預(yù)防措施,通常是傳感器設(shè)計(jì)和系統(tǒng)設(shè)置(布線)的一部分,而軟件修改是響應(yīng)性的并使用數(shù)字信號(hào)過濾技術(shù)。
選擇專為測(cè)量信號(hào)應(yīng)用而設(shè)計(jì)的儀表電纜將有助于防止噪聲。這些電纜將通過箔屏蔽、編織屏蔽或兩者的組合進(jìn)行 EMI 屏蔽。為系統(tǒng)選擇電纜將取決于操作環(huán)境、預(yù)算、靈活性要求和電纜強(qiáng)度。
除了 EMI 屏蔽電纜外,擁有適當(dāng)?shù)碾娎|長(zhǎng)度也可以減少系統(tǒng)中的干擾。就像天線一樣,天線越長(zhǎng),信號(hào)就越強(qiáng),因此消除系統(tǒng)中額外的電纜長(zhǎng)度將降低 EMI 的整體水平。
最后,傳感器電纜在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的放置非常重要,高 EMI 發(fā)射的電纜和對(duì)噪聲敏感的電纜不應(yīng)相鄰放置。例如,電力驅(qū)動(dòng)電源線(高 EMI 發(fā)射)應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離非屏蔽 USB 電纜(EMI 敏感)。
在需要特殊電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)并能有效衰減噪聲的應(yīng)用中,正確的接地是一個(gè)重要因素。
抗混疊和低通模擬電子濾波器可消除信號(hào)中所有會(huì)因噪聲而破壞測(cè)量結(jié)果的高頻分量。這些濾波器必須放置在靠近模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入的位置,以最大限度地發(fā)揮其效果。
通過硬件(布線、接地和模擬濾波器)完全屏蔽和衰減噪聲幾乎是不可能的。因此,基于軟件的信號(hào)處理應(yīng)用程序用于模擬接近傳感器分辨率的清晰信號(hào)。
Bota Systems力-扭矩傳感器可屏蔽噪聲源,并遵循工業(yè)環(huán)境的抗擾度標(biāo)準(zhǔn) (IEC 61000-6-2:2016)、住宅、商業(yè)和輕工業(yè)環(huán)境的排放標(biāo)準(zhǔn) (IEC 61000-6-3: 2006 + A1:2010),我們的傳感器也不受突發(fā)和靜電放電的影響。
傳感器的外殼充當(dāng)嵌入式電子設(shè)備的法拉第籠,電壓信號(hào)設(shè)計(jì)為差分和比率度量。這樣,共模信號(hào)就會(huì)以高共模抑制比 (CMMR) 被抑制。然后,信號(hào)通過位于 ADC 輸入之前的模擬抗混疊和低通濾波器,用于抑制信號(hào)中增加噪聲的剩余高頻分量。
除了通過傳感器硬件降低噪聲外,我們還提供可通過軟件界面訪問的易于調(diào)節(jié)的數(shù)字濾波。
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