基于神经网络的六维力传感器静态标定方法研究

利 用神 经 网络进 行 标定 计算 首 先是获 取训练 神 经 网络 的标 定样 本 ． 了提 高 神经 网络 的泛化 能力 ， 为 应保证 标 定样本 的质 量 和数 量． 尽量 避免 标 定实验 时的 人为误 差 ， 同时标 定样 本 应具 有空 间分布 的遍历 性． 由于要做 到 六维 力 整个 空 间的 数据遍 历需 要大 量实验 数据 ， 这在 实 际实验 中是难 以做 到的． 虑到 ， 考 六维 力空 间是 由单维 力空 间组 合而 成 ， 因此 。 以利用对 每 一维 的单 向力加 载 的遍 历来实 现六维 力空 间 可
众所 周知 ， 利用 神经 网络 构 建任意 的 非线性 映射关 系 。 一般包 括两 部分 内容 ： 一是 利用 已知输 入／ 输
出样本 数据 点对 神经 网络进 行 训练 。 到满 足上述 输 入／ 出映射关 系的 神经 网络 系统 ， 得 输 从而 间接地 完 成通过这 些 有限 个离 散 点 的非 线性 曲面 的 构建 ； 二是 利 用训练 好 的神经 网络 系统 对未 训 练过 的数据 点 的输 入输 出关 系进 行 测 试 。 以检 验 神 经 网络 的 泛 化 能 力㈣． 理论 上 ， 过 或 逼 近 有 限 个数 据 点 的 曲面 通 （ ） 以有 无 穷多 个 ， 线 可 如何 得到 最 接近 于 实际物 理模 型的 曲 面是 人们 所关 心 的 问题 ． 这意 味 着 ， 用神 利 经 网络 对传感 器进 行 标定 ， 不仅 能够 对学 习过 的样本 点有 很好 的映射 效果 ， 需要对 未训 练过 的测试 点 还
０ 引 言
现 已证 明 ， 何 一种 非线性 映 射都 可 以用一个 三层 前 向神 经 网络来 实现 “． 任 传感 器标 定 的实质是 寻
求其 测量 值空 间到理 论 值空 间 的映射 关 系 。 属于 多维 曲面构 建问题 ， 因此可 以利 用神 经 网络进行标 定及
补偿计 算 ． 目前基 于 神经 网络 的标 定方 法 已应 用于视觉 。、 加速 度 。、 度 等 传 感器 的标 定之中 ． 温
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而得 到待测 的 六维 力 向 量． 然而 。 由于制 造 、 安装 、 摩擦 等误 差 因 素的 影 响 ， 实测 值 与理 论 值存 在一 定误
差， 于是 需要 对 系统进 行 标 定 ， 以减 小或 消除该误 差 ．
的训 练样本 、 训练期 望误差值和网络隐层单元数等的选取进行 了研 究． 实验及计算 机仿 真表明 ． 当选取 样本数据具有遍历性时 ． 利用神经网络标定后进行补偿计算可 提 高六维力传感器的测量精度．
关键词 ： 六维力传感器； 静态标定； 神经网络； 泛化能力
中图 分类 号 ：Ｐ １ Ｔ ２２ 文献 标识 码 ： Ａ
样 本数据 的遍 历． 在利 用 神经 网络 进行 六维 力传感 器标 定之 前 ， 先需 要 在标定 实验 的基 础上获 取标 定 首 样本 ． 定实验 采 用如 图 １所示 的加 载实 验 系统 ， 载方式 如 下 ： 标 加
力的上述 因 素 ， 在进 行 标 定实验 的基 础 上 ， 六维力 传感 器 的神经 网络静 态标 定方法 进 行研 究． 对
１ 六维测 力 系 统及 其标 定 实验
基于 Ｓｅ ｒ 平 台六 维力 传 感测 力 系统 的机构 部分 是利 用 ６个拉 压 传感 器取 代 ６Ｓ Ｓ并联 机构 各 ｔｗａｔ －Ｐ 支链 的Ｐ（ 动 ） 而构 成 的． 个拉 压传 感器 的输 出 电流经 Ａ／ 移 副 每 Ｄ转 换进 入计 算机 ． 计算 机利 用解算程 序
摘要 ： 利用Ｂ Ｐ神经网络研究了六维力传感器的静态标定方法． 良好的泛化能力是
基 于 神 经 网络 标 定 方 法 的 关 键 ． 现 有 基 于 神 经 网 络 的 传 感 器 标 定 方 法 对 网 络 的 而 泛 化 能 力 鲜 有 考 虑． 对 上述 问 题 ． 针 以提 高 神 经 网 络 泛 化 能 力 为 目 的 ． 神 经 网 络 对
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第 ２ 第 ２期 ５卷
Ｊ ＯＵ ＲＮＡＬ ＮＮＥＲ ０ＮＧ（ＬＩ ＯＦ ｌ Ｍ ’ Ａ Ｕ Ｎ１ ＶＥＲＳｌ ＴＹ ＯＦ ＴＥＣＨ ＮＯＬＯＧＹ
Ｖｏ． ５ Ｎｏ ２ ２ ０ １２ ． ０ ６
有较好的泛化能力． 因此， 良好的泛化能力是神经网络标定方法成功与否的羔键 人们普遍认为神经网 络的泛化能力依赖于网络结构和训练样本的特性 ， 影响网络泛化能力韵主要原因是神经网络的结构复
杂性、 样本复杂性 和网络训练程度圆 ∞ 从 已有文献来看 ， ｆ 甩神经网络踺传感器进行标定 ｑ 叫 等． 人ｆ 捌 时， 对影响神经网络泛化能力的诸因素鲜有考虑． 针对上述同题 ， 本文将综合考虑影响神经网络泛化能
收稿 日期 ：０ ５１然 科 学 基 金 （０ ７ １ ３ 资 助课 题 ． 国 ５２ ５ ４ ） 作 者 简 介 ： 海 滨 （ ９ ３ ） ． 士 （ ） 主 要 研 究 方 向 为 有 限 元 方 法 、 经 网 络 计 算 、 器 人 技 术 等 ， ｂ ｍ２ ０ 李 １７ ￣ 男 博 后 ． 神 机 ｌ ｎ ０２ ｈ
文章编号 ：０ １ １ ７ ２ ０ ） ２０ ８ —５ １０ ～５６ （０ ６０ —０ ５０
基 于神经 网络 的六维力传感器静态标 定方 法研究‘
李 海 滨 ， 志 信 高理 富。康 补 晓 段 ，
（． １ 内蒙古工业大学理学 院． 呼和浩特 ０ ０ ５ ｛ １０ １ ２ 中科院沈阳 自动化研究所机器入重 点实验室 ， ． 沈阳 １０ １ ） １ ０ ６