作者：Keisuke Matsumoto

Application Engineer

當(dāng)下，隨著數(shù)字化的發(fā)展，傳感器設(shè)備的升級(jí)也取得了巨大進(jìn)展。十多年前，全模擬傳感器設(shè)備仍然是主流。要實(shí)現(xiàn)高精度的傳感，必須進(jìn)行線性化校正與溫度補(bǔ)償?shù)裙ぷ?，但在全模擬配置中進(jìn)行上述校正和補(bǔ)償是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。

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

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

圖1 全模擬配置的傳感器設(shè)備

圖2 使用ADC和MCU的傳感器設(shè)備

在這些不斷進(jìn)化的傳感器設(shè)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(jī)械臂前端，用于測(cè)量載荷和扭矩。如下圖所示，結(jié)構(gòu)體上安裝有應(yīng)變傳感器。結(jié)構(gòu)體受力時(shí)，應(yīng)變傳感器將被拉伸或壓縮。通過測(cè)量其拉伸或壓縮量進(jìn)而可測(cè)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(gè)應(yīng)變傳感器，X/Y/Z這3個(gè)軸的載荷和各軸的扭矩匯總計(jì)算后即可獲得6個(gè)軸的測(cè)量結(jié)果。載荷F和扭矩T根據(jù)應(yīng)變S按如下行列式計(jì)算。

為了快速準(zhǔn)確地控制機(jī)械臂，需要力傳感器實(shí)現(xiàn)快速精準(zhǔn)的應(yīng)變傳感器測(cè)量和矩陣運(yùn)算。此外，關(guān)鍵是基板面積需要控制在可安裝在機(jī)械臂頂端上的尺寸范圍內(nèi)。

要應(yīng)對(duì)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(shí)現(xiàn)低噪聲/低漂移的AFE以及具有出色的DSP/FPU運(yùn)算能力的RXv2內(nèi)核，并專門針對(duì)力傳感器進(jìn)行了配置。本次發(fā)布的應(yīng)用指南總結(jié)了基于RX23E-A的六軸力傳感器測(cè)量實(shí)例，下面對(duì)其結(jié)果進(jìn)行介紹。

圖4 基于RSSK-RX23E-A評(píng)估板的六軸測(cè)力系統(tǒng)

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

表1 規(guī)格和評(píng)測(cè)結(jié)果

圖5 非線性誤差評(píng)測(cè)結(jié)果

評(píng)估版

本次評(píng)測(cè)使用瑞薩的Renesas Solution Starter Kit(RSSK-RX23E-A)評(píng)估板進(jìn)行。用戶可以將配套的樣例程序?qū)懭隦SSK，進(jìn)行力傳感器測(cè)量。還可以利用RSSK配套的PC工具，實(shí)時(shí)查看力傳感器的測(cè)量結(jié)果。

解決方案

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

原文標(biāo)題：工程師說 | 不斷升級(jí)的傳感器設(shè)備和基于RX23E-A的測(cè)力傳感器

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審核編輯：湯梓紅