一种三维压力测量方法技术

本申请涉及压力测量技术领域，尤其是涉及的是一种三维压力测量方法。其中，该测量方法包括：获取施加力：施力半球部件所受到的施加力F；转换施加力：根据获取的施加力F，通过n个压力传感器将电压信号转化为对应的压力值(F

【技术实现步骤摘要】
一种三维压力测量方法


[0001]本申请涉及压力测量
，尤其是涉及的是一种三维压力测量方法。

技术介绍

[0002]随着智能传感与通信技术的发展，智能可穿戴装置已经被广泛应用于人体运动跟踪和环境感知与交互等场景，其中以智能鞋垫、智能鞋和智能坐垫等也层出不穷且附加功能日益扩增。
[0003]对于生活中许多常见的力传感器，多是测量单一方向上的力，如常见的悬臂梁电子秤，拉伸计等，此类传感器内部通过一定的机械结构，将三维力从空间中分解出其中的一维力出来。而通常作用的是三维力，就是在笛卡尔坐标系中的三对相互垂直的力的分量，表现为一个力在空间中的方向和大小关系，此三个力的方向是人为进行规定的，需要把这三个方向上的力的大小测量出来。
[0004]传感器的维间耦合就是指传感器在测量多维力的时候，单独对其中一个维度施加力时，传感器的其他维度受施力维度的干扰的大小。一个传感器的主要任务，就是将实际施加在传感器上的各个维度的力进行采集并输出，并且尽可能接近真实值。但是在现实生活中，不存在完美的传感器。此类传感器受限于体积以及工艺的要求，往往会在精度、成本、体积等多个方面进行取舍，因此测量输出的数值总是与真实值存在误差，因此倾斜的施加力的测量的关键点，就是尽量减少传感器间的维间耦合，并且使传感器的输出信号尽可能接近真实值。
[0005]倾斜的施加力的定义就是在两个物体接触的平面上，由于物体具有横移分量，产生了一对大小相等，方向相反的力，在笛卡尔坐标系中，定义法向方向的力为Fz，倾斜的施加力则可以由Fx，Fy两个方向上的力分量合成出来。主要运用的场景有鞋垫足底(或者坐垫)传感器以及触觉传感器，前者主要是通过在步行中，测量足底的法向以及剪切力方向的力的大小，通过一定的算法(算法组的工作)和阵列结构，对足底健康状况进行分析，进而得出病理分析结果。触觉传感器则是通过安装在机械臂的手指内测，通过测量剪切力可以实时获知机械手抓取物体的状态，进而进行控制。由此类运用场景可知，需要设计一款体积小、重量轻、结构上应运用柔性材料的三维力传感器，并从中解耦出倾斜的施加力的大小以实现柔性可穿戴、人机交互和机器人精密测量等应用。

技术实现思路

[0006]本申请的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的目的和其他优点可通过说明书以及其他说明书附图中所特别指出的结构来实现和获得。
[0007]本申请的目的在于克服上述不足，提供一种三维压力测量方法，利用了半球结构进行整个模型解耦，可以同时实现小体积以及以柔性材料制作的优点，便携式三维压力的测量，还可以实现平面内多点测量的传感阵列形式。
[0008]本申请提供了一种三维压力测量装置进行测量的方法。该测量方法包括：
[0009]获取施加力：施力半球部件所受到的施加力F；
[0010]转换施加力：根据获取的施加力F，通过n个压力传感器将电压信号转化为对应的压力值(F
z1
,F
z2
,F
z3
,F
z4
)；
[0011]求解三维力：根据该压力值(F
z1
,F
z2
,F
z3
,F
z4
)进行解耦算法求解，得到三维力(F
x
,F
y
,F
z
)；
[0012]其中，n为压力传感器的个数。
[0013]在一些实施例中，该压力值Fz为Fz1、Fz2、Fz3、Fz4。
[0014]在一些实施例中，该施加力F的三维力为Fx、Fy、Fz。
[0015]在一些实施例中，该解耦算法为：
[0016]F
z
＝F
z1
+F
z2
+F
z3
+F
z4
+
…
+F
zn
[0017][0018][0019]d为各压力传感器中心点构成的圆周的直径，h为施力半球部件的半径。
[0020]在一些实施例中，该施加力为向下垂直施加时，各该压力传感器均匀压缩，其中当该施力半球部件顶部受到垂直向下的施加力时，施加力通过该导力部件传递到该压力传感部件上，使压力传感部件上的压力传感器均匀压缩。
[0021]在一些实施例中，该施加力为向下倾斜施加时，各该压力传感器不均匀压缩，其中，当该施力半球部件顶部受到倾斜的施加力时，将产生扭矩导致该压力传感器受到不均匀压缩。
[0022]在一些实施例中，该施力半球部件呈半球体，增加按压舒适感。
[0023]在一些实施例中，该施力半球部件呈半椭圆球体。
[0024]通过采用上述的技术方案，本申请的有益效果是：
[0025]1、本申请利用了半球结构进行整个模型解耦，可以同时实现小体积以及以柔性材料制作的优点，便携式三维压力的测量，还可以实现平面内多点测量的传感阵列形式。
[0026]2、本申请可以在一定区域内布置多个装置以实现多点的三维力测量，进而可以实现智能坐垫、智能鞋垫等可穿戴压力分布测量设备。
[0027]应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
[0028]无疑的，本申请的此类目的与其他目的在下文以多种附图与绘图来描述的较佳实施例细节说明后将变为更加显见。
[0029]为让本申请的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一个或数个较佳实施例，并配合所示附图，作详细说明如下。
附图说明
[0030]附图用来提供对本申请的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实
施例共同用于解释本申请，并不构成对本申请的限制。
[0031]在附图中，相同的部件使用相同的附图标记，并且附图是示意性的，并不一定按照实际的比例绘制。
[0032]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一个或数个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据此类附图获得其他的附图。
[0033]图1为本申请一些实施例中的三维压力测量装置的结构示意图一；
[0034]图2为本申请一些实施例中的三维压力测量装置的结构示意图二；
[0035]图3为本申请一些实施例中的三维压力测量装置的测量方法的坐标图一；
[0036]图4为本申请一些实施例中的三维压力测量装置的测量方法的坐标图二；
[0037]图5为本申请一些实施例中的三维压力测量装置的测量方法的坐标图三；
[0038]图6为本申请一些实施例中的三维压力测量装置的测量方法的坐标图四。
[0039]主要附图标记说明：
[0040]1、施力半球部件；
[0041]2、导力部件；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维压力的测量方法，其特征在于，该测量方法包括：获取施加力：施力半球部件所受到的施加力F；转换施加力：根据获取的施加力F，通过n个压力传感器将电压信号转化为对应的压力值F
z
(F
z1
,F
z2
,F
z3
,F
z4
)；求解三维力：根据该压力值F
z
(F
z1
,F
z2
,F
z3
,F
z4
)进行解耦算法求解，得到施加力F的三维力(F
x
,F
y
,F
z
)；2.根据权利要求1所述的三维压力的测量方法，其特征在于，该压力值F
z
为F
z1
、F
z2
、F
z3
、F
z4

【专利技术属性】
技术研发人员：戴厚德，周国鹏，廖哲霖，连阳林，夏许可，
申请(专利权)人：泉州装备制造研究所，
类型：发明
国别省市：