FSR传感器的标定

上肢机器人FSR传感器的标定与数据处理实验原理与电路图:OVOUTOVOUTVREF/2图2FSR信号调理电路实物图图1FSR信号调理电路原理图nisflw』-ne图2FSR信号调理电路实物图图1FSR信号调理电路原理图nisflw』-ne■Ji?3,宙l■.•■LI■M地IJltlu睹IGfEH—cl-cluy1-Mtfse「feei&efji-i由电路图可得输出电压与FSR阻抗的关系:VOUT=VVOUT=VREF2（1+粉）)

1-1

(令-L=C，vr^=V0，贝U1rgV1rgV0XVOUT1rg由电路结构可知FSR传感器的电导值与输出电压是线性关系，而由传感器性质可知FSR电导与压力值是近似的线性关系，故输出电压与力的成线性关系。标定过程:1.调节参考电压V。=0.8V，Rg=2kQ得到力与电压和FSR电导的关系式:由图3图4可以发现输出电压（电导）与力的关系存在死区，这是因为当对电路进行5V供电时输出电压VOUT最高为3.7V，由（1-1）可知输出电压最低为参考电压V。，因此只对线性部分进行拟合，结果如下：K.-KI-H;-图30.8V压力与输出电压FSR-'^^rK.-KI-H;-图30.8V压力与输出电压FSR-'^^r力与口,学的美系图40.8V压力与电导1 15 2 2.j 3 2.51 15 2 2.j 3 2.5湘:输出电压N35* ¥1y;.M linear'orccend、■苏性部分压土与输出毛压的大率图50.8V线性部分压力与输出电压关系LinearmodelPolY:f(x)=p1*x+p2Coefficients(with95%confidencebounds):p1= 8.579(8.464,8.695)p2= 2.496(2.203,2.79)Goodnessoffit:SSE:113.2R-square:0.9902AdjustedR-square:0.9902RMSE:0.7326即压力Y/N与输出电压X1/V关系为：当ION<Y<35N时，

图6图60.8V线性部分压力与FSR电导关系_-_-."心：一LinearmodelPolY:f(x)=p1*x+p2Coefficients(with95%confidencebounds):p1= 13.73(13.54,13.91)p2= 9.36(9.151,9.568)Goodnessoffit:SSE:113.2R-square:0.9902AdjustedR-square:0.9902RMSE:0.7326即压力Y/N与输出电导X2/mS关系为：当ION<Y<35N时，2.令V。=1.2V,Rg=2kQ的情况，具体与上面情况相似。1.5 7 25 3 3.5X输3电玉/V1.5 7 25 3 3.5X输3电玉/V1.2V压力与输出电压1图71.2V压力与输出电压1.WW压力与电导图80.8V压力与电导同样只对线性区间进行拟合:同样只对线性区间进行拟合:1.0线性部分■压力与电压关系*VIys<1 linearforceandV*22/4++■*i i i i iI5 2 2£ 3 3.EX1：输i出电压AT图91.2V线性部分压力与输出电压关系LinearmodelPolY:f(x)=p1*x+p2Coefficients(with95%confidencebounds):p1= 6.459(6.131,6.787)p2= 13.4(12.57,14.24)Goodnessoffit:SSE:30.68R-square:0.9703AdjustedR-square:0.9697RMSE:0.7994即压力Y/N与输出电压X1/V关系为：当17N<Y<35N时，1%尺主性者:分匹力与电K冬34Ylvs.X2 liitcffjl-edidHo32C.1 0.2Zl.3CMC.5 07C.E0.9 'X2:FSR34Ylvs.X2 liitcffjl-edidHo32C.1 0.2Zl.3CMC.5 07C.E0.9 'X2:FSR电导/'mS图101.2V线性部分压力与FSR电导关系LinearmodelPolY:f(x)=p1*x+p2Coefficients(with95%confidencebounds):p1= 15.5(14.71,16.29)p2= 21.16(20.69,21.62)Goodnessoffit:SSE:30.68R-square:0.9703AdjustedR-square:0.9697RMSE:0.7994即压力Y/N与输出电导X2/mS关系为：当16N<Y<35N时，Y=15.5xX2+21.16 (1-6)分析与小结：由以上两种标定，观察图3，图4，图7，图8可知，调节不同的参考电压将产生不同的阈值力，只有当力处于一个特定区间时，我们才可以用相应的公式，如(1-3)或(1-5)，根据得到的输出电压计算相应的力，也就是当5V供电时VQ<VQUT<3.6V才能利用公式。观察(1-3)和(1-5)可以发现他们的斜率不同，V0和RG都将影响（1-3）或（1-5）的斜率。对于同一种传感器，RG往往固定不变，因此参考电压V0是影响斜率的主要因素。对比（1-4）与（1-6）可以发现电导与力的关系式的斜率基本相同，这是由FSR传感器本身的性质决定的，但是受电路影响，力与电导的关系式发生平移，即线性关系的截距不同。另外，在压力较大时FSR电阻迅速减小，故此时由（1-1）式我们可以忽略参考电压%职（V0）对输出电压的影响，观察图4与图7也可得知当输出电压刚刚达到上限时，不论参考电压大小，传感器受到的压力大致相同，约为35N。基于以上两点，这里给出一个一般性（任意参考电压）的求力与输出电压关系式的方法：FSR电导值与压力成线性关系，且斜率不变，设斜率为K，由式（1-2）可以得到力与电压线性关系式的斜率为K’=-^XK （1-7）rgvo设此线性关系式为F=KXV+F0 （1-8）当电压刚刚达到上限值时传感器所受压力相同设为Ff，设电压值上限为Vf，带入％和Vf可以解出（1-8）的截距F0从而得到不同参考电压下压力与输出电压的关系式。带入V=V0得到的F即为阈值力。以本次实验为例，当参考电压V0=0.8V时我们得到关系式（1-3）与（1-4），结合（1-6）我们取FSR力与电导关系式的斜率的平均值14.6，即取K=