足先加重センサーについて

現在使っているロボットでは足先に加重センサーを入れています。最終的には足先の加重を見ることで平地以外の、でこぼこした道や、柔らかい地面の上も安定して歩けるようにしたいと思っています。一応見たところ誤差100gぐらいで精度良く足先の加重が読めているみたいです。

電気部

センサーの本体は秋月で売っている圧力センサーであるFSR400です。これは電気的には可変抵抗として見えて無負荷で抵抗が無限大、圧力がかかるごとに抵抗が下がっていくとデータシートに書いています。以下にデータシートから切り抜いたグラフを示しますが、抵抗は大体圧力と反比例するみたいです（グラフの軸は両対数）。

真ん中の測定回路は単純ですが出力が線形にならないのがちょっといやです。そこで以下のような回路を組みます。

良く見るとただの非反転増幅器です。ただゲインを決める抵抗のうち分母に来る側の抵抗にFSR400が、また増幅される電圧が一定になっているだけです。0.56*1+(4.7k/(FSR400の抵抗))[V]が出力されるはずです。

機械部

設計図の一部を下に示します。13番がFSR400です（丸の上側の数字が部品の番号です）。足先（17番）に加重がかかると15番の分がFSR400に接触して圧力を加えます。図では見えませんが15番と17番の間にはばねが入ってサスペンションの役割を果たします。

 評価
足先にかかった荷重とセンサーの出力値の関係を以下のグラフに示します。今回作るのは6脚歩行ロボットなので上記の足部分は6つあります。今回はそのうちの3つを計測しました。
系統1と2でずれがありましたが、系統3では15番の部品の表面が粗くスムーズに動いていない分が差になっているような気がします。おおむね精度良く値を取得できる気がします。

回路の設計では上記のグラフは線形になるはずでしたがうまくいきませんでした。一応エクセルの近似曲線を出したところ2次できれいに近似できました。2kgより上は加えたのですが値が変わらないので、これがセンサーの限界みたいです。