基于RX23E-A的六軸力傳感器測量實例

作者：Keisuke Matsumoto

Application Engineer

當下，隨著數(shù)字化的發(fā)展，傳感器設備的升級也取得了巨大進展。十多年前，全模擬傳感器設備仍然是主流。要實現(xiàn)高精度的傳感，必須進行線性化校正與溫度補償?shù)裙ぷ?，但在全模擬配置中進行上述校正和補償是一項艱巨的任務。

然而，隨著MCU和ADC的普及，一種可通過數(shù)字信號處理方便地進行線性化校正與溫度補償?shù)母呔葌鞲衅髟O備問世了。

近幾年，傳感器設備更是不斷發(fā)展，已經(jīng)能夠在一個傳感器設備上安裝多個傳感器，信號處理也變得越來越復雜。

圖1 全模擬配置的傳感器設備

圖2 使用ADC和MCU的傳感器設備

在這些不斷進化的傳感器設備中，瑞薩近年來比較關(guān)注的是力傳感器。例如，力傳感器可以安裝在機械臂前端，用于測量載荷和扭矩。如下圖所示，結(jié)構(gòu)體上安裝有應變傳感器。結(jié)構(gòu)體受力時，應變傳感器將被拉伸或壓縮。通過測量其拉伸或壓縮量進而可測量出載荷和扭矩。

圖3 六軸力傳感器的結(jié)構(gòu)

六軸力傳感器總共安裝有6個應變傳感器，X/Y/Z這3個軸的載荷和各軸的扭矩匯總計算后即可獲得6個軸的測量結(jié)果。載荷F和扭矩T根據(jù)應變S按如下行列式計算。

為了快速準確地控制機械臂，需要力傳感器實現(xiàn)快速精準的應變傳感器測量和矩陣運算。此外，關(guān)鍵是基板面積需要控制在可安裝在機械臂頂端上的尺寸范圍內(nèi)。

要應對這些課題，RX23E-A或許是最佳的選擇。RX23E-A是一款單芯片MCU產(chǎn)品，其內(nèi)部搭載了可實現(xiàn)低噪聲/低漂移的AFE以及具有出色的DSP/FPU運算能力的RXv2內(nèi)核，并專門針對力傳感器進行了配置。本次發(fā)布的應用指南總結(jié)了基于RX23E-A的六軸力傳感器測量實例，下面對其結(jié)果進行介紹。

圖4 基于RSSK-RX23E-A評估板的六軸測力系統(tǒng)

測力誤差在±0.25%滿量程以內(nèi)，扭矩測量誤差在±1%以內(nèi)，因此可以確認本次所使用的力傳感器能夠在規(guī)格范圍內(nèi)進行測量。

表1 規(guī)格和評測結(jié)果

圖5 非線性誤差評測結(jié)果

評估版

本次評測使用瑞薩的Renesas Solution Starter Kit(RSSK-RX23E-A)評估板進行。用戶可以將配套的樣例程序?qū)懭隦SSK，進行力傳感器測量。還可以利用RSSK配套的PC工具，實時查看力傳感器的測量結(jié)果。

解決方案

本次介紹的解決方案已發(fā)布，點擊下方小程序卡片即可查看《RX23E-A組力傳感器測量示例》。

原文標題：工程師說 | 不斷升級的傳感器設備和基于RX23E-A的測力傳感器

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審核編輯：湯梓紅