[发明专利]一种三维力传感器的机器人示教系统及示教方法

权利要求书

1.一种三维力传感器的机器人示教系统示教方法，其特征在于，所述三维力传感器的机器人示教系统示教方法包括：

步骤一，利用三维力传感器采集三维空间方向的三个力信息数据；将三个力信息数据转变为电信号进行光谱分析，选择满足检测波长范围的红外光电传感器；根据传感器的输出电压信号与红外线照射强度的变化关系，把非合理范围内产生的三个力信息数据转变为异常电信号，并进行异常电信号的分析处理；

对异常信号分析处理是指对光电和信息进行同步采集，由于传感器测量得到的信号微弱并带有噪声，需要信号调理装置对信号进行放大、滤波的处理；在进行信号的传输过程中须采取隔离变压的方式对信号进行隔离传输，再利用高速A/D采集卡将采集到的信号进行模数转换后，传入计算机进行分析；

计算得到三个力信息数据值是指首先通过对光电信号的分析处理，三个力信息数据值超过提前预设的阈门值，开始对三维力传感器检测到的信号进行分析；存储到flashROM单元，并被IBM兼容型计算机所读取；

步骤二，根据采集的数据进行校正，校正完成后，根据采集的数据构建三维力坐标体系；为三维力传感器的机器人进行供电，并启动，获取无输入或者低输入三维力A₁时，三维力传感器的实际输出电压B₁，作为低压校正参数；获取高输入三维力A₂时，三维力传感器的实际输出电压B₂，作为高压校正参数；根据低压校正参数和高压校正参数，得到修正后的输入输出方程：y＝(B₂-B₁)x/(A₂-A₁)+B₁；读取三维力传感器的输出电压值，并根据修正后的输入输出方程，对实际的输入压力值进行校正；

步骤三，根据采集的数据在坐标体系中，构建三维力变化曲线图，对三维力进行仿真操作；将三维力传感器器件结构进行建模，引入位移边界条件或者应力边界条件建立对应的几何结构模型；建立三维力传感器器件结构的线性弹性力学基本边值问题矩阵形式；采用四面体网格剖分求解域；选择标量叠层基函数，将位移在所有网格内用标量叠层基函数展开，并运用标准变分原理得到三维力传感器器件结构的有限元方程；引入结构的惯性力，得到结构的自由振动有限元广义本征方程；求所获得的本征方程，获得特征值λ和对应的特征向量即振幅向量；对获得的特征值和对应特征向量进行后处理获得振动模态频率和对应振动振型；

步骤四，利用语音播放器进行三维力示教语音播放操作，并且利用显示器显示采集的三维力数据、三维力坐标体系、三维力曲线图数据。

2.如权利要求1所述三维力传感器的机器人示教系统示教方法，其特征在于，所述对异常信号分析处理中对采集卡采集到的光电信号进行滤波,并对振动信号进行频谱分析为硬点的判别提供依据，对串口输入的GPS定位信息进行解析，提取定位提供的数据，采集卡输出经传感器转换后的电压信号中夹杂很多干扰信号，只有通过滤波、时域分析、频域分析、整理、计算才能用于对异常信息的分析及大小的测量，在消除干扰的选择上，通过模拟滤波器对信号实现频率滤波，通过软件的方法消除影响，通过一定的计算或者判断程序减少干扰在信号中的比率，对采集到的信号进行低通滤波，滤掉信号中的高频干扰成分；

采用具有统计特性的功率谱密度进行谱分析异常信号中的频域结构，信号x(t)的平均功率ψx用均方值表示，即：

x(t)的傅里叶变换公式：

则：

令：

则：

Sx(f)就是功率谱密度函数。

3.如权利要求1所述三维力传感器的机器人示教系统示教方法，其特征在于，获取实际输出电压后，需要对该实际输出电压进行有效性判断，将实际输出电压与当前输入三维力时的标定电压'进行比较，若差值不大于阈值，则判定实际输出电压有效，将该实际输出电压作为低压校正参数或高压校正参数进行保存。

4.如权利要求1所述三维力传感器的机器人示教系统示教方法，其特征在于，所述的阈值设定为最大标定电压的3％～4％。