CN107702773B - 负重测量装置、方法及负重设备 - Google Patents

负重测量装置、方法及负重设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种负重测量装置、方法及负重设备，该装置包括：重量传感器，设置在负重设备上，包括形变体和电桥电路，形变体在所承载物体的重力作用下产生形变；电桥电路包括至少一个电阻应变片，电阻应变片设置在形变体上，电桥电路被设置为在输入电压的作用下产生表示形变的输出电压；加速度传感器，被设置为检测形变体在所承载物体的重力作用下产生的沿U方向、V方向、W方向的加速度分量，其中，W方向垂直于形变体的承载面，且U方向、V方向和W方向相互垂直；处理单元，用于根据沿U方向、V方向、W方向的加速度分量，输入电压、输出电压，以及电桥电路在所述U方向、V方向、W方向的转换系数，计算得到所承载物体的重力和/或质量。

Description

负重测量装置、方法及负重设备
技术领域
本发明涉及负重测量技术领域，更具体地，本发明涉及一种负重设备的负重测量装置、一种负重设备的负重测量方法及一种负重设备。
背景技术
随着技术的逐步发展，越来越多的负重运动装置进入了人们的视线，这些负重运动装置由于能够给人们的生活、工作带来便利，因此被广大用户所接受。负重运动装置例如是较为流行的平衡车类产品，其能够解决用户短途的出行需求。负重运动装置又例如是用于运送货物的AGV智能小车，能够满足工厂自动搬运货物的需求。
负重运动装置的特点是可以负重及可以运动，要满足这两个功能，负重运动装置需要配备各种与运动相关的传感器，才能保证装置的正常负重运动，防止出现不良状态。
在这些传感器当中，重量传感器起着非常重要的作用，其能够将负重与运动两个功能相关联，以使得运动控制系统能够根据承载物体的重力和/或质量控制电机的输出扭矩，进而保证装置的运动顺畅性。这说明，重量传感器的测量精度直接影响到电机的控制情况，例如，在平衡车的工作过程中，其电机控制系统要时刻注意平衡车的负重情况，给电机发送合理的PWM控制信号以控制电机工作电流，进而控制马达的输出扭矩。
现有的测量方法是基于所承载物体的重力垂直于重量传感器的形变体进行的，因此，该种测量只考虑形变体在重力方向上的形变。当负重运动装置在运动过程中发生倾斜，导致重量传感器处于倾斜状态、进而使得形变体的承载面不再与所承载物体的重力垂直时，通过该种测量方法就无法获得所承载物体的准确的重力和/或质量数据，这就会导致电机的输出扭矩过大或者过小，致使负重运动装置失衡，最终导致负重运动装置无法正常运行。
发明内容
本发明实施例的一个目的是提供一种用于测量所承载物体的重力和/或质量的新的技术方案，以在用于承载物体的承载面发生倾斜时也能准确地测量得到该物体的重力和/或质量。
根据本发明的第一方面，提供了一种负重设备的负重测量装置，其包括：
重量传感器，设置在负重设备上，重量传感器包括形变体和电桥电路，形变体在所承载物体的重力作用下产生形变；电桥电路包括至少一个电阻应变片，电阻应变片设置在形变体上，电桥电路被设置为在输入电压的作用下产生表示形变的输出电压；
加速度传感器，被设置为检测形变体在所承载物体的重力作用下产生的沿U方向、V方向、W方向的加速度分量，其中，W方向垂直于形变体的承载面，且U方向、V方向和W方向相互垂直；以及，
处理单元，用于根据沿U方向、V方向、W方向的加速度分量，输入电压、输出电压，以及电桥电路在U方向、V方向、W方向的转换系数，计算得到所承载物体的重力和/或质量；
其中，转换系数是表示在对应单一方向上的受力与所产生的输出电压之间的比例关系的常数。
可选地，电桥电路包括四个电阻应变片，第一电阻应变片连接在正极输入端与正极输出端之间，第二电阻应变片连接在正极输出端与负极输入端之间，第三电阻应变片连接在正极输入端与负极输出端之间，第四电阻应变片连接在负极输出端与负极输入端之间；
其中，电桥电路通过正极输入端与负极输入端接收输入电压，电桥电路通过正极输出端与负极输出端提供输出电压。
可选地，第二电阻应变片与第三电阻应变片的走线方向与U方向一致，第一电阻应变片与第四电阻应变片的走线方向与V方向一致；或者，
第二电阻应变片与第三电阻应变片的走线方向与V方向一致，第一电阻应变片与第四电阻应变片的走线方向与U方向一致。
可选地，U方向为形变体的长度方向，形变体在U方向上的两端中的至少一端为形变体的固定端。
可选地，加速度传感器与重量传感器在W方向上排列设置。
可选地，该负重测量装置还设置有电路板，电路板与形变体的承载面平行，加速度传感器装配在电路板上。
根据本发明的第二方面，还提供了一种负重设备的负重测量方法，该负重设备上设置有重量传感器和加速度传感器；
其中，重量传感器包括形变体和电桥电路，形变体在所承载物体的重力作用下产生形变；电桥电路包括至少一个电阻应变片，电阻应变片设置在形变体上，电桥电路在输入电压的作用下产生表示形变的输出电压，输入电压为加载在电桥电路的输入端的固定电压；
该方法包括：
在负重情况下，获取通过加速度传感器检测到的形变体在所承载物体的重力作用下产生的沿U方向、V方向、W方向的加速度分量；其中，W方向垂直于形变体的承载面，U方向、V方向与W方向相互垂直；获取电桥电路的输入电压以及在负重情况下电桥电路的输出电压；
根据沿U方向、V方向、W方向的加速度分量，输入电压，输出电压，以及电桥电路在U方向、V方向、W方向的转换系数，计算得到所承载物体的重力和/或质量；
其中，转换系数是表示在对应单一方向上的受力与所产生的输出电压之间的比例关系的常数。
可选地，转换系数为出厂默认值；或者，
转换系数是在多组已知测试数据的情况下，通过获取电桥电路对应的输出电压测试生成的，其中，每组已知测试数据包括输入电压、受力方向以及对应受力方向上的受力大小，受力方向为U方向、V方向、W方向中的任一方向。
根据本发明的第三方面，还提供了一种负重设备，其包括用于承载物体的承载体、设置在承载体下方的运动机构、用于驱动运动机构运动的电机、电机控制装置、及根据本发明第一方面的负重测量装置，负重测量装置设置在承载体内，用于在负重情况下，计算所承载物体的重力和/或质量，并提供给电机控制装置，供电机控制装置根据重力和/或质量调节电机的输出扭矩。
可选地，该负重设备为平衡车或者AGV自动导航搬运车。
本发明的一个有益效果在于，本发明负重测量方法、装置通过加速度传感器检测形变体在所承载物体的重力作用下产生的沿相互垂直的U方向、V方向、W方向的加速度分量，进而根据电桥电路的输出电压与所承载物体的重力在U方向、V方向、W方向上的重力分量之间的关系确定所承载物体的重力和/或质量。这样，即使形变体处于倾斜状态，根据本发明负重测量方法、装置也能准确地测量得到所承载物体的重力和/或质量，进而能够将准确的重力和/或质量提供给负重设备的电机控制装置进行准确的运动控制。
附图说明
被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。
图1为根据本发明实施例的负重测量装置的原理框图；
图2为根据本发明一个例子的负重测量装置的结构示意图；
图3为根据本发明实施例的形变体的受力分析示意图；
图4为根据本发明实施例的电桥电路的原理示意图；
图5为根据本发明实施例的应变片的布置结构示意图；
图6为根据本发明实施例的负重测量方法的流程示意图；
图7为根据本发明实施例的负重设备的原理框图。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
<负重测量装置>
图1是根据本发明实施例的负重设备的负重测量装置的原理框图。
根据图1所示，本发明实施例的负重测量装置包括重量传感器100、加速度传感器200和处理单元300。
该重量传感器100设置在负重设备上，用于将质量信号转变为可测量的电信号输出。
该重量传感器100包括例如图2所示的形变体110、以及例如图4所示的电桥电路。
形变体110在所承载物体的重力作用下产生形变。
重量传感器100的形变体110是弹性形变体，以能够在非受力状态下恢复原始形状，进而保证准确测量的稳定性。
电桥电路包括至少一个例如图2中所示的电阻应变片Rx，电阻应变片Rx设置在形变体110上，以根据形变体110的形变改变阻值，进到改变电桥电路的输出电压。
由于形变体110的形变程度与电阻应变片R的阻值具有对应关系，而电阻应变片R的阻值变化将改变电桥电路的输出电压，因此，电桥电路能够在输入电压的作用下产生表示该形变的输出电压。
加速度传感器200被设置为检测形变体110在所承载物体的重力作用下产生的沿U方向、V方向、W方向的加速度分量，其中，W方向垂直于形变体110的承载面，且U方向、所述V方向和W方向相互垂直，这说明，V方向与W方向位于平行于形变体110的承载面的平面上。
所承载物体可以直接作用于形变体110的承载面上，也可以如图2所示，通过中间的力传导物质间接作用于形变体110的承载面111上，这可以通过中间的力传导物质保护形变体110不受损坏。
加速度传感器200可以包括三个单轴的加速度计，也可以是集成为一体的三轴加速度计。
加速度传感器200的安装使得三个轴的方向分别对应U方向、V方向和W方向，以检测形变体110在所承载物体的重力作用下产生的沿U方向、V方向、W方向的加速度分量。
通过加速度传感器200检测到的形变体110在所承载物体的重力作用下产生的沿U方向、V方向、W方向的加速度分量，可以计算得到重力G在U方向、V方向和W方向上的分量。
参照图3，重力G在U方向上的分量：
Figure BDA0001401864900000061
参照图3，重力G在V方向上的分量：
参照图3，重力G在W方向上的分量：
以上公式(1)至公式(3)中，G为所承载物体的重力，u为U方向的加速度分量，v为V方向的加速度分量，w为W方向的加速度分量，Fu为重力G在U方向上的分量，Fv为重力G在V方向上的分量，Fw为重力G在W方向上的分量。
处理单元300用于根据沿U方向、V方向、W方向的加速度分量，电桥电路的输入电压、电桥电路的输出电压，以及电桥电路在U方向、V方向、W方向的转换系数，计算得到所承载物体的重力和/或质量，其中，转换系数是表示在对应单一方向上的受力与所产生的输出电压之间的比例关系的常数。
以U方向的转换系数为例，其是表示形变体110在单一U方向上的受力与所产生的输出电压之间的比例关系的常数。
输出电压U2与重力G在三个方向上的分量、输入电压U1和三个方向的转换系数之间的关系为：
U2＝Su×U1×Fu+Sv×U1×Fv+Sw×U1×Fw 公式(4)。
以上公式(4)中，U2为电桥电路的输出电压，U1为电桥电路的输入电压，Su为U方向的转换系数，Sv为V方向的转换系数，Sw为W方向的转换系数，Fu为重力G在U方向上的分量，Fv为重力G在V方向上的分量，Fw为重力G在W方向上的分量。
根据以上公式(1)至(4)可得出：
Figure BDA0001401864900000071
进一步地，所承载物体的质量：
Figure BDA0001401864900000072
公式(6)中，m为所承载物体的质量，g为重力加速度。
该处理单元300可以包括中央处理器、MCU等具有计算处理能力的芯片。
由此可见，本发明实施例的负重测量装置能够通过加速度传感器200检测形变体110在所承载物体的重力作用下产生的沿相互垂直的U方向、V方向、W方向的加速度分量，进而能够根据电桥电路的输出电压U2与所承载物体的重力G在U方向、V方向、W方向上的分量之间关系确定所承载物体的重力G和/或质量m。这样，即使在形变体110处于倾斜状态的情况下，根据本发明负重测量方法也可以准确地测量得到所承载物体的重力G和/或质量m。
在本发明的一个实施例中，形变体110可以选用金属材质，例如铁、铝、铝合金材质、合金钢材质、不锈钢材质等。
根据本发明该实施例，形变体110不仅具有较强的在外力消失时恢复形状的能力，还具有较强的耐腐蚀性，能够适应各种应用环境。
在本发明的一个实施例中，以上U方向可以选择为形变体110的长度方向，对应地，以上V方向为形变体的宽度方向，形变体110在U方向上的两端中的至少一端为形变体110的固定端。
根据本发明该实施例，选择形变体110的长度方向作为U方向、及选择形变体110的宽度方向作为V方向，便于准确地设置电阻应变片的走线方向、及在确定各方向的转换系数时沿对应方向施加单一方向的受力。
在本发明的一个实施例中，加速度传感器200与重量传感器100可以在W方向上排列设置。
由于形变体110的承载面111平行于U方向和V方向所在的平面，这样，可以设置形变体110在U方向和V方向中的至少一个方向上的尺寸大于形变体在W方向上的尺寸，以增加感应被承载物体的重力作用的表面积。因此，根据本发明该实施例，设置加速度传感器200与重量传感器100在W方向上排列设置有利于控制负重测量装置所占的安装空间，提高负重设备的结构紧凑性。
进一步地，负重测量装置还可以设置如图2所示的电路板400，该电路板400与形变体110的承载面111平行，加速度传感器200装配在电路板400上。保证通过加速度传感器测量的姿态数据直接体现形变体的倾斜姿态。
更进一步地，计算单元300也可以装配在电路板400上。
根据本发明该实施例，有利于进行加速度传感器200的走线和电路连接。
图4是根据本发明实施例的电桥电路的电路原理图。
根据图4所示，电桥电路包括四个桥臂，四个桥臂各自连接一个电阻，分别为电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4，一对对角点分别作为正极输入端JIN+和负极输入端JIN-接入输入电压U1，另一对对角点分别作为正极输出端JOUT+和负极输出端JOUT-提供输出电压U2。
电阻R1连接在正极输入端JIN+与正极输出端JOUT+之间，电阻R2连接在正极输出端JOUT+与负极输入端JIN-之间，电阻R3连接在正极输入端JIN+与负极输出端JOUT-之间，电阻R4连接在负极输出端JOUT-与负极输入端JIN-之间。
电桥电路的工作原理为：在非受力状态下，四个电阻R1-R4的阻值相等，此时，电桥电路处于平衡状态，输出电压U2为0；在受力状态下，四个电阻R1-R4中至少一个电阻可以在受力状态下改变自身的阻值，进而打破电桥电路的平衡状态，输出电压U2将不再为0，而且输出电压U2的数值将随着受力的变化而变化，进而实现通过输出电压U2表示形变体110的受力形变的目的。
电桥电路主要有三种配置结构，分别为半桥单臂结构、半桥双臂结构和全桥结构，其中，半桥单臂结构为：以上四个电阻R1-R4中，只有一个电阻采用电阻可变的电阻应变片，另外三个电阻均采用固定阻值的电阻；半桥双臂结构为：以上四个电阻R1-R4中，两个电阻采用电阻可变的电阻应变片，另外两个电阻采用阻值固定的电阻；全桥结构为：以上四个电阻R1-R4均采用电阻可变的电阻应变片。
本发明实施例的电桥电路可以采用以上任一种工作结构，只要至少一个电阻应变片的设置使得电桥电路能够感应形变体110在U方向、V方向和W方向上的形变，进而通过输出电压U2表示该形变即可。
对于半桥单臂结构，以电阻R1为电阻应变片为例，可以设置电阻R1的走线方向垂直于W方向、且与U方向和V方向之间具有夹角。例如，设置电阻R1的走线方向与U方向和V方向均呈45度夹角。这样，便可以通过一个电阻应变片感应形变体110在U方向、V方向和W方向上的形变。
对于半桥双臂结构，以电阻R1与电阻R2为电阻应变片为例，可以设置电阻R1的走线方向与V方向一致、及设置电阻R2的走线方向与U方向一致。这样，可以通过电阻R2主要感应U方向和W方向上的受力变形，及通过电阻R1主要感应V方向和W方向上的受力变形。
对于全桥结构，以上四个电阻R1-R4均为电阻应变片。
在本发明的一个实施例中，电桥电路采用以上全桥结构，电阻R1对应第一电阻应变片、电阻R2对应第二电阻应变片、电阻R3对应第三电阻应变片、及电阻R4对应第四电阻应变片。
在本发明该实施例中，电桥电路相对半桥单臂结构和半桥双臂结构具有最高的灵敏度，能够非常敏感地感应形变体110的形变。
在本发明的一个实施例中，如图5所示，电桥电路在采用全桥结构的基础上，进一步设置第二电阻应变片(对应电阻R2)与第三电阻应变片(对应电阻R3)的走线方向与U方向一致，第一电阻应变片(对应电阻R1)与第四电阻应变片(对应电阻R4)的走线方向与V方向一致；或者，设置第二电阻应变片与第三电阻应变片的走线方向与V方向一致，第一电阻应变片与第四电阻应变片的走线方向与U方向一致。
在本发明该实施例中，以设置第二电阻应变片与第三电阻应变片的走线方向与U方向一致为例，这可以通过第二电阻应变片和第三电阻应变片的差动连接结构主要感应形变体110在U方向和W方向上的受力变形、及通过第一电阻应变片和第四电阻应变片的差动连接结构主要感应形变体110在V方向和方向上的受力变形。这不仅可以提高电桥电路通过输出电压U2表示各方向上受力变形情况的能力，还可以通过差动连接的结构提高输出电压U2的信号强度，这体现在：
(1)当形变体110在U方向受力时，将导致形变体在U方向上尺寸的压缩。
这对于第二电阻应变片和第三电阻应变片的影响是：走线方向上受到压缩，走线的长度减小，阻值变小。
这对于第一电阻应变片和第四电阻应变片的影响是：走线的横截面方向上受到压缩，对走线长度没有影响，阻值几乎不变，其中，横截面变化对阻值的影响较小，在此可以忽略不计。
由于第二电阻应变片和第三电阻应变片的阻值均变小，而第一电阻应变片和第四电阻应变片的阻值不变，因此，输出电压U2为负值、且绝对值随着U方向上受力的增大而增大，而且，该种结构相对于上述半桥双臂结构能够获得两倍放大的输出。
(2)当形变体110在V方向受力时，将导致形变体110在V方向上尺寸的压缩。
这对于第一电阻应变片和第四电阻应变片的影响是：走线方向上受到压缩，走线的长度减小，阻值变小。
这对于第二电阻应变片和第三电阻应变片的影响是：走线的横截面方向上受到压缩，对走线长度没有影响，阻值几乎不变，其中，横截面变化对阻值的影响较小，在此可以忽略不计。
由于第一电阻应变片和第四电阻应变片的阻值均变小，而第二电阻应变片和第三电阻应变片的阻值不变，因此，输出电压U2为正值、且随着V方向上受力的增大而增大，而且，该种结构相对于上述半桥双臂结构能够获得两倍放大的输出。
(3)当形变体110在W方向受力时，由于形变体110在W方向具有较小的尺寸，这将导致形变体110不仅仅发生尺寸压缩，还会发生扭曲。
这对于第二电阻应变片和第三电阻应变片的影响是：其上的金属丝因为扭曲而拉长，横截面也变细，阻值变大。
这对于第一电阻应变片和第四电阻应变片的影响是：其上的金属丝的长度因为扭曲而压缩变小，阻值变小。
由于第二电阻应变片和第三电阻应变片的阻值均变大，而第二电阻应变片和第三电阻应变片的阻值均变小，因此，输出电压U2为正值、且随着W方向受力的增大而增大，而且，该种结构相对于上述半桥双臂结构能够获得两倍放大的输出。
由此可见，在本发明该实施例中，形变体110在不同方向上的受力将导致四个电阻应变片的阻值产生不同情况的变化，这就使得电桥电路具有较强的通过输出电压U2表示各方向上受力变形情况的能力，而且还通过差动连接的方式提高了输出电压U2的信号强度。
<例子>
图2是根据本发明一个例子的负重测量装置的结构示意图。
在图2所示例子中，U方向选择为形变体110的长度方向，V方向选择为形变体110的宽度方向，W方向选择为形变体110的高度方向。
形变体110在U方向上的两端均为形变体110的固定端，形变体110的承载面111位于两个固定端之间的区域内。
至少一个电阻应变片Rx设置在形变体110的承载面上，以最大限度地感应形变体110的形变，提高输出电压U2的信号强度。
在图2所示例子中，加速度传感器200与重量传感器100在W方向上排列设置，且加速度传感器200位于重量传感器100的下方。
在图2所示例子中，负重测量装置的加速度传感器200和计算单元400均装配在电路板400上。
在图2所示的例子中，电桥电路采用全桥结构，且四个电阻应变片Rx设置在形变体110的承载面111上。
<负重测量方法>
图6是根据本发明实施例的负重设备的负重测量方法的流程示意图。
该负重设备上设置有重量传感器和加速度传感器，例如设置以上重量传感器100和加速度传感器200。
重量传感器100包括例如图2、图3所示的形变体110、及例如图4所示的电桥电路，形变体110在所承载物体的重力作用下产生形变；电桥电路包括至少一个电阻应变片，电阻应变片设置在形变体上，电桥电路在输入电压的作用下产生表示该形变的输出电压，输入电压为加载在电桥电路的输入端的固定电压。
根据图6所示，本发明该实施例的负重测量方法包括如下步骤：
步骤S6010，在负重情况下，获取通过加速度传感器200检测到的形变体110在所承载物体的重力G作用下产生的沿U方向、V方向、W方向的加速度分量；其中，W方向垂直于形变体110的承载面111，且U方向、V方向与W方向相互垂直。
步骤S6020，获取电桥电路的输入电压U1、以及在负重情况下电桥电路的输出电压U2。
步骤S6030，根据沿U方向、V方向、W方向的加速度分量，输入电压，输出电压，以及电桥电路在U方向、V方向、W方向的转换系数，计算得到所承载物体的重力和/或质量。其中，转换系数表示在对应单一方向上的受力与所产生的输出电压之间的比例关系的常数。
在该步骤S6030中，可以根据以上公式(5)、(6)计算得到所承载物体的重力G和/或质量m。
本发明实施例的负重测量方法能够通过加速度传感器200检测形变体110在所承载物体的重力作用下产生的沿相互垂直的U方向、V方向、W方向的加速度分量，进而能够根据电桥电路的输出电压U2与所承载物体的重力G在U方向、V方向、W方向上的分量之间关系确定所承载物体的重力G和/或质量m。这样，即使在形变体110处于倾斜状态的情况下，根据本发明负重测量方法也可以准确地测量得到所承载物体的重力G和/或质量m。
根据本发明的一个实施例，以上U方向、V方向、W方向的转换系数可以采用出厂默认值，即三个方向的转换系数在出厂时即固化设置在实施本发明方法的计算单元的存储单元中。
根据本发明的一个实施例，以上U方向、V方向、W方向的转换系数可以是在多组已知测试数据的情况下，通过获取电桥电路对应的输出电压U2测试生成的，其中，每组已知测试数据包括输入电压U1、受力方向以及对应受力方向上的受力大小，该受力方向为U方向、V方向、W方向中的任一方向。
本发明在实施例中，通过测试得到转换系数的方法如下：
(1)在测试U方向的转换系数时，选定各组测试数据。
对于每一组测试数据，读取输出电压U2的数值，并参照以下公式(7)计算得到U方向的转换系数。
U2＝Su×U1×Fu 公式(7)。
公式(7)中，Fu为形变体110在单一方向U方向上的受力。
根据通过各组测试数据得到的U方向的转换系数，例如可以通过计算平均值的方式确定最终的U方向的转换系数。
在计算平均值时可以删除其中的最大值和最小值再进行平均。
(2)在测试V方向的转换系数时，选定各组测试数据。
对于每一组测试数据，读取输出电压U2的数值，并参照以下公式(8)计算得到U方向的转换系数。
U2＝Sv×U1×Fv 公式(8)。
公式(8)中，Fv为形变体110在单一方向V方向上的受力。
根据通过各组测试数据得到的V方向的转换系数，例如可以通过计算平均值的方式确定最终的V方向的转换系数。
(3)在测试W方向的转换系数时，选定各组测试数据。
对于每一组测试数据，读取输出电压U2的数值，并参照以下公式(9)计算得到W方向的转换系数。
U2＝Sw×U1×Fw 公式(9)。
公式(9)中，Fw为形变体110在单一方向W方向上的受力。
根据通过各组测试数据得到的W方向的转换系数，例如可以通过计算平均值的方式确定最终的W方向的转换系数。
根据本发明该实施例，能够在负重设备的应用环境下测试得到各方向的转换系数，这有利于提高转换系数的精确度，进而提高测量准确性。
<负重设备>
图7是根据本发明实施例的负重设备的结构示意图。
根据图7所示，本发明实施例的负重设备包括用于承载物体的承载体710、设置在承载体下方的运动机构720、用于驱动运动机构720运动的电机730、电机控制装置740、及根据本发明任一实施例的负重测量装置，在图7中被标记为750。
负重测量装置750设置在承载体710内，用于在负重情况下，计算所承载物体的重力和/或质量，并提供给电机控制装置740，供电机控制装置740根据重力和/或质量调节电机730的输出扭矩。
由此可见，本发明实施例的负重测量装置能够通过加速度传感器200检测形变体110在所承载物体的重力作用下产生的沿相互垂直的U方向、V方向、W方向的加速度分量，进而能够根据电桥电路的输出电压U2与所承载物体的重力G在U方向、V方向、W方向上的分量之间关系确定所承载物体的重力G和/或质量m。这样，即使在形变体110处于倾斜状态的情况下，根据本发明负重测量方法也可以准确地测量得到所承载物体的重力G和/或质量m，进而能够将准确的重力G和/或质量m提供给负重设备的电机控制装置740实现准确的运动控制。
在本发明的一个实施例中，以上负重设备为平衡车或者AGV(Automated GuidedVehicle)自动导航搬运车。
本领域技术人员公知的是，随着诸如大规模集成电路技术的电子信息技术的发展和软件硬件化的趋势，要明确划分计算机系统软、硬件界限已经显得比较困难了。因为，任何操作可以软件来实现，也可以由硬件来实现。任何指令的执行可以由硬件完成，同样也可以由软件来完成。对于某一机器功能采用硬件实现方案还是软件实现方案，取决于价格、速度、可靠性、存储容量、变更周期等非技术性因素。因此，对于电子信息技术领域的普通技术人员来说，更为直接和清楚地描述一个技术方案的方式是描述该方案中的各个操作。在知道所要执行的操作的情况下，本领域技术人员可以基于对所述非技术性因素的考虑直接设计出期望的产品。
附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，所述模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。对于本领域技术人员来说公知的是，通过硬件方式实现、通过软件方式实现以及通过软件和硬件结合的方式实现都是等价的。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种负重设备的负重测量装置，其特征在于，包括：
重量传感器，设置在负重设备上，所述重量传感器包括形变体和电桥电路，所述形变体在所承载物体的重力作用下产生形变；所述电桥电路包括至少一个电阻应变片，所述电阻应变片设置在所述形变体上，所述电桥电路被设置为在输入电压U1的作用下产生表示所述形变的输出电压U2；
加速度传感器，被设置为检测所述形变体在所承载物体的重力作用下产生的沿U方向的加速度分量u、沿V方向的加速度分量v、沿W方向的加速度分量w，其中，所述W方向垂直于所述形变体的承载面，且所述U方向、所述V方向和所述W方向相互垂直；以及，
处理单元，用于根据沿所述U方向的加速度分量u、沿V方向的加速度分量v、沿W方向的加速度分量w，所述输入电压U1、所述输出电压U2，以及所述电桥电路在所述U方向的转换系数Su、在所述V方向的转换系数Sv、在所述W方向的转换系数Sw，计算得到所承载物体的重力G和/或质量m：
Figure FDA0002249596500000011
Figure FDA0002249596500000012
其中，每一所述转换系数是表示在对应单一方向上的受力与所产生的输出电压之间的比例关系的常数。
2.根据权利要求1所述的负重测量装置，其特征在于，所述电桥电路包括四个电阻应变片，第一电阻应变片连接在正极输入端与正极输出端之间，第二电阻应变片连接在所述正极输出端与负极输入端之间，第三电阻应变片连接在所述正极输入端与负极输出端之间，第四电阻应变片连接在所述负极输出端与所述负极输入端之间；
其中，所述电桥电路通过所述正极输入端与所述负极输入端接收所述输入电压，所述电桥电路通过所述正极输出端与所述负极输出端提供所述输出电压。
3.根据权利要求2所述的负重测量装置，其特征在于，所述第二电阻应变片与所述第三电阻应变片的走线方向与所述U方向一致，所述第一电阻应变片与所述第四电阻应变片的走线方向与所述V方向一致；或者，
所述第二电阻应变片与所述第三电阻应变片的走线方向与所述V方向一致，所述第一电阻应变片与所述第四电阻应变片的走线方向与所述U方向一致。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的负重测量装置，其特征在于，所述U方向为所述形变体的长度方向，所述形变体在所述U方向上的两端中的至少一端为所述形变体的固定端。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的负重测量装置，其特征在于，所述加速度传感器与所述重量传感器在所述W方向上排列设置。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的负重测量装置，其特征在于，所述负重测量装置还设置有电路板，所述电路板与所述形变体的承载面平行，所述加速度传感器装配在所述电路板上。
7.一种负重设备的负重测量方法，其特征在于，所述负重设备上设置有重量传感器和加速度传感器；
其中，所述重量传感器包括形变体和电桥电路，所述形变体在所承载物体的重力作用下产生形变；所述电桥电路包括至少一个电阻应变片，所述电阻应变片设置在所述形变体上，所述电桥电路在输入电压的作用下产生表示所述形变的输出电压，所述输入电压为加载在所述电桥电路的输入端的固定电压；
所述方法包括：
在负重情况下，获取通过加速度传感器检测到的所述形变体在所承载物体的重力作用下产生的沿U方向的加速度分量u、沿V方向的加速度分量v、沿W方向的加速度分量w；其中，所述W方向垂直于所述形变体的承载面，所述U方向、所述V方向与所述W方向相互垂直；获取所述电桥电路的输入电压U1以及在负重情况下所述电桥电路的输出电压U2；
根据沿所述U方向的加速度分量u、沿V方向的加速度分量v、沿W方向的加速度分量w，所述输入电压U1、所述输出电压U2，以及所述电桥电路在所述U方向的转换系数Su、在所述V方向的转换系数Sv、在所述W方向的转换系数Sw，计算得到所承载物体的重力G和/或质量m：
Figure FDA0002249596500000031
Figure FDA0002249596500000032
其中，每一所述转换系数是表示在对应单一方向上的受力与所产生的输出电压之间的比例关系的常数。
8.根据权利要求7所述的负重测量方法，其特征在于，
所述转换系数为出厂默认值；或者，
所述转换系数是在多组已知测试数据的情况下，通过获取所述电桥电路对应的输出电压测试生成的，其中，每组已知测试数据包括输入电压、受力方向以及对应受力方向上的受力大小，所述受力方向为所述U方向、V方向、W方向中的任一方向。
9.一种负重设备，其特征在于，包括用于承载物体的承载体、设置在承载体下方的运动机构、用于驱动所述运动机构运动的电机、电机控制装置、及根据本发明权利要求1至6中任一项所述的负重测量装置，所述负重测量装置设置在所述承载体内，用于在负重情况下，计算所承载物体的重力和/或质量，并提供给所述电机控制装置，供所述电机控制装置根据所述重力和/或质量调节所述电机的输出扭矩。
10.根据权利要求9所述的负重设备，其特征在于，所述负重设备为平衡车或者AGV自动导航搬运车。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107702773B (zh) 2017-09-07 2020-01-03 歌尔股份有限公司 负重测量装置、方法及负重设备
CN111198033A (zh) * 2018-11-19 2020-05-26 宁波方太厨具有限公司 一种检测家用电器上装有的称重传感器好坏的方法
CN114370960B (zh) * 2021-12-29 2024-01-26 浙江清华柔性电子技术研究院 拉杆载荷测量方法、装置、系统及存储介质

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001255216A (ja) * 2000-03-10 2001-09-21 Kubota Corp デジタルロードセルユニットおよびロードセル式はかり
CN101294842A (zh) * 2007-04-25 2008-10-29 株式会社百利达 重量计
CN105539202A (zh) * 2015-12-28 2016-05-04 航天重型工程装备有限公司 一种多轴矿用车转矩分配方法及装置
CN105657115A (zh) * 2016-03-23 2016-06-08 惠州Tcl移动通信有限公司 一种利用移动终端测量物体重量的方法及移动终端
CN105865607A (zh) * 2016-04-28 2016-08-17 启东雷泰精密仪器有限公司 车载称重模块的动态称重修正方法
CN105910692A (zh) * 2016-06-20 2016-08-31 河北科技大学 基于加速度传感器的车辆载重测量方法
CN106020181A (zh) * 2016-03-21 2016-10-12 深圳市踏路科技有限公司 一种基于重力重心检测的四轮平衡车

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3800895A (en) * 1972-06-19 1974-04-02 D Savage Vehicle weighing device with a balanced electrical bridge
CN101441102A (zh) * 2007-11-21 2009-05-27 弘邦衡量控制系统股份有限公司 可回报并自我补偿偏斜影响的数字称重传感器及其方法
KR100972117B1 (ko) * 2008-05-09 2010-07-23 (주)인벤티오 하중 측정용 탄성체 및 이를 이용한 비접촉 하중 측정 장치
JP5362338B2 (ja) * 2008-12-03 2013-12-11 大和製衡株式会社 荷重検出装置
CN102778287B (zh) * 2012-07-27 2014-12-31 中山佳维电子有限公司 一种可倾斜称重电子秤的控制系统和控制方法
TWM473321U (zh) * 2013-08-06 2014-03-01 Generalplus Technology Inc 自平衡行動載具
CN205679999U (zh) * 2016-06-22 2016-11-09 浙江机电职业技术学院 一种两轮平衡小车
WO2018039337A1 (en) * 2016-08-23 2018-03-01 Canvas Technology, Inc. Autonomous cart for manufacturing and warehouse applications
US10272924B2 (en) * 2016-12-19 2019-04-30 Baidu Usa Llc Determining control characteristics for an autonomous driving vehicle
JP6802706B2 (ja) * 2016-12-22 2020-12-16 シャープ株式会社 貨物搬送システムおよび無人搬送車
US20180334214A1 (en) * 2017-05-22 2018-11-22 Radical Transport, Llc Force sensing for a ridable vehicle
CN107702773B (zh) * 2017-09-07 2020-01-03 歌尔股份有限公司 负重测量装置、方法及负重设备
US11261069B2 (en) * 2019-03-06 2022-03-01 Logistics and Supply Chain MultiTech R&D Centre Limited Automated guided vehicle with load stability determination
US11358706B2 (en) * 2019-03-29 2022-06-14 The Boeing Company Automated weight balancing for automated guided vehicle

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001255216A (ja) * 2000-03-10 2001-09-21 Kubota Corp デジタルロードセルユニットおよびロードセル式はかり
CN101294842A (zh) * 2007-04-25 2008-10-29 株式会社百利达 重量计
CN105539202A (zh) * 2015-12-28 2016-05-04 航天重型工程装备有限公司 一种多轴矿用车转矩分配方法及装置
CN106020181A (zh) * 2016-03-21 2016-10-12 深圳市踏路科技有限公司 一种基于重力重心检测的四轮平衡车
CN105657115A (zh) * 2016-03-23 2016-06-08 惠州Tcl移动通信有限公司 一种利用移动终端测量物体重量的方法及移动终端
CN105865607A (zh) * 2016-04-28 2016-08-17 启东雷泰精密仪器有限公司 车载称重模块的动态称重修正方法
CN105910692A (zh) * 2016-06-20 2016-08-31 河北科技大学 基于加速度传感器的车辆载重测量方法

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