CN109141745B - 一种六维力/力矩传感器标定装置及标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种六维力/力矩传感器标定装置及方法，包括标定工作台，所述标定工作台的两端分别设置有一支撑杆，所述支撑杆的上端设置有滑轮，且两支撑杆上的滑轮平行设置；所述标定工作台上活动设置有用于固定多维力传感器的传感器基座，所述传感器基座上可拆卸连接有载荷加载杆，所述载荷加载杆的两端分别设置有连接孔，以固定载荷加载绳，所述载荷加载绳通过滑轮与拉力计相连，对多维力传感器进行动态或/和静态标定。

Description

一种六维力/力矩传感器标定装置及标定方法

技术领域

本发明涉及一种六维力/力矩传感器标定装置及标定方法。

背景技术

六维力力矩传感器用于检测三维空间中的力Fx,Fy,Fz力矩Mx,My,Mz,广泛用于航空航天、制造与装配、体育竞技以及遥操作机器人等领域。六维力力矩传感器由于在制造过程中的机械加工误差,电阻应变片的阻值与贴片位置误差等影响,造成六维力力矩传感器的输入力值与输出电压之间的关系不确定。为了能够确定这种关系,需要对六维力力矩传感器进行标定,进而能够通过解祸算法完成解祸过程。由于传感器的精度是由标定装置决定的,因此标定装置在六维力力矩传感器的设计过程中占有重要的地位。

目前,六维力力矩传感器标定装置的加载力方式主要有千斤顶式、手摇减速机式、祛码式等。但这些加载力方式都无法实现对六维力力矩传感器进行单维力力矩施加载荷。具体举例说明如下：

中国专利号为：ZL200810020511.4公开了一种千斤顶加载标定的方法,该方法具有加载量程大,加载工作量小等特点,但是千斤顶具有加载力值不稳定,精确度不高等特性,使得该装置的标定精度不高。中国专利申请公布号为：CN101776506A公开了一种大型多维力传感器标定加载台,该专利采用液压加载,并采用单维拉压力传感器测量加载力值,该装置具有加载力量程大的优点,且加载力值连续可调,但是液压加载***同样会存在加载力值不稳定的缺点。中国专利号为:ZL200510050834.4公开了一种无级升降式六维力传感器标定装置,该结构使用龙门式框架,通过滑轮无级升降机构可以连续得到绳索与水平面之间的夹角,并采用大速比减速机对六维力传感器施加载荷,该装置能够对大尺寸大量的六维力传感器进行标定,但是该装置无法对六维力传感器进行单维力力矩施加载荷,同时该装置采用手摇减速机加载,使得加载力值难以控制,无法对六维力力矩传感器进行精确标定。中国专利申请公布号为:CN101936797A公开了一种采用祛码加载的方式对六维力传感器进行标定,该装置依然无法实现对六维力力矩传感器进行单维力力矩施加载荷。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种六维力/力矩传感器标定装置及标定方法，本发明能够实现对六维力力矩传感器进行单维力力矩施加载荷。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种六维力/力矩传感器标定装置，包括标定工作台，所述标定工作台的两端分别设置有一支撑杆，所述支撑杆的上端设置有滑轮，且两支撑杆上的滑轮平行设置；所述标定工作台上活动设置有用于固定多维力传感器的传感器基座，所述传感器基座上可拆卸连接有载荷加载杆，所述载荷加载杆的两端分别设置有连接孔，以固定载荷加载绳，所述载荷加载绳通过滑轮与拉力计相连，对多维力传感器进行动态或/和静态标定。

进一步的，所述传感器基座上设置有若干滑块，所述滑块与标定工作台上设置的若干滑槽相配合。

进一步的，所述传感器基座包括相互垂直的第一固定板和第二固定板，所述第一固定板与标定工作台相平行，所述第二固定板与标定工作台相垂直。

进一步的，所述第一固定板的底端设置有滑块，所述滑块沿滑槽移动。

进一步的，所述第一固定板上设置有多个螺纹孔，通过螺纹孔内固定螺栓，所述第一固定板与标定工作台固定。

进一步的，所述第二固定板上设置有多个螺纹孔，所述螺纹孔与传感器外接法兰螺纹孔一一对应。

进一步的，所述载荷加载杆上设置有多个螺纹孔，所述螺纹孔与传感器外接法兰螺纹孔一一对应。

进一步的，所述支撑杆的杆体上设置有若干螺纹孔，通过螺纹孔可拆卸连接有导向滑轮。

进一步的，所述支撑杆的端部上设置有沿支撑杆中轴线对称分布的两个滑轮，且两个滑轮的方向一致。

基于上述装置的力的标定方法，多维力传感器的上下法兰盘分别与传感器基座和载荷加载杆螺纹连接，载荷加载绳固定在载荷加载杆的端部的圆孔上，载荷加载绳通过滑轮与拉力计相连，通过对拉力计施加拉力对多维力传感器进行动态和静态标定。

基于上述装置的力矩的标定方法，多维力传感器的上下法兰盘分别与传感器基座和载荷加载杆螺纹连接，载荷加载绳分别固定在载荷加载杆的圆孔上，在一侧支撑杆的杆体上安装导向滑轮，通过一侧圆孔的载荷加载绳先经过导向滑轮再经过该侧支撑杆上端设置的滑轮，通过另一侧圆孔的载荷加载绳只经过该侧支撑杆上端设置的滑轮，使得载荷加载绳的拉力方向是相反的，从而实现力矩的标定。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、通过全自动拉力机加载,该装置具有加载力量程大的优点,加载力值稳定连续可调,且精度高、重复性好。

2、可以通过改变传感器基座螺纹孔位置或者更换传感器基座的方法实现不同型号传感器的力/力矩标定。具备标定范围广泛的特点。

3、本发明既能够对各个方向单维力和力矩进行单独标定,又能对各个方向的力和力矩进行复合加载对六维力/力矩的各个方向进行单独加载模式,能够准确得到各个方向的单维力或力矩输入与输出之间的维间耦合关系,提高六维力/力矩传感器的解耦精度对六维力/力矩传感器进行复合加载,能够模拟传感器在实际环境中的受力情况,并能够验证六维力力矩传感器的实际精度。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本实施例装置的立体结构示意图；

图2为标定工作台的立体结构示意图；

图3为传感器基座的立体结构示意图；

图4为载荷加载杆的立体结构示意图；

图5为本实施例力的标定的示意图；

图6为本实施例力矩的标定的示意图；

其中，1、标定工作台，2、传感器基座，3、载荷加载杆，4、滑轮，5、滑轮支撑架，6、导向滑轮螺纹孔，7、水平底座，8、螺纹孔，9、螺纹孔，10、传感器基座水平面，11、螺纹孔，12、螺纹孔，13、T形沟槽，14、螺纹孔，15、圆孔，16、防滑支架，17、传感器垂直固定板，18、传感器水平固定板，19、T形滑台，20、螺纹孔，21、螺纹孔，22、螺纹孔，23、圆孔,24、载荷加载绳，25、拉力机。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。

本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。

一种六维力/力矩传感器标定装置，如图1所示，本装置的立体结构示意图，所述标定台具备良好的精确度和使用方便等特点。包括了标定工作台1、传感器基座2、载荷加载杆3、载荷加载装置。其中标定台1用于承载传感器基座2和为载荷施加提供支撑。传感器基座2通过滑道13滑入标定工作台1上，当确定传感器基座2位置后，通过螺栓经过螺纹孔11固定在标定工作台1上。

如图2所示为标定工作台1，包括了滑轮4、滑轮支撑架5、导向滑轮螺纹孔6、水平底座7、T形沟槽13、防滑支架16。每个滑轮支撑架5上端对称于所述支撑架分布两个滑轮4，滑轮4通过螺栓与滑轮支撑架5螺纹连接。滑轮支撑架5分布在水平工作台1左右两侧的中心位置，与水平底座7固定连接。每个滑轮支架5下侧开四个螺纹孔，用于安装导向滑轮。加装导向滑轮后可以测量力矩信息。水平底座7的中间均匀开4个T形沟槽13，所述沟槽为传感器基座2的滑道。防滑支架16安装在水平底座7的四个角，所述支架与水平底座7固定连接。

如图3所示为传感器基座2，包括了传感器垂直固定板17、传感器水平固定板18、T形滑台19。在传感器垂直固定板17上开螺纹孔8，所述螺纹孔与传感器外法兰螺纹孔一一对应，被测六位力/力矩传感器可通过所述螺纹孔进行螺纹连接。在传感器水平固定板17上开螺纹孔12，所述螺纹孔与传感器外法兰螺纹孔一一对应，被测六位力/力矩传感器可通过所述螺纹孔进行螺纹连接。在传感器水平固定板18下部中间处依次固定连接4个T形滑台19。所述工作台能在T形沟槽13上进行滑动。在传感器水平固定板18上开螺纹孔11、20、21和22。该螺纹孔用于将传感器基座2和标定工作台1进行固定。

如图4所示为载荷加载杆3，载荷加载杆中间圆盘***开6个大小下同且均匀分布的螺纹孔，所述螺纹孔与传感器外接法兰螺纹孔一一对应。载荷加载杆3两侧分别对称开两个大小相同的圆孔15、23。圆孔用于通过载荷施加绳。

力的标定

如图5所示，将多维力传感器的上下法兰盘分别与传感器基座2和载荷加载杆3螺纹连接。载荷加载绳24分别固定在载荷加载杆3的圆孔15、23上。载荷加载绳通过滑轮4与拉力机25相连，通过拉力机25所施加的拉力可对多维力传感器进行动态和静态标定。

力矩的标定

如图6所示，多维力传感器的上下法兰盘分别与传感器基座2和载荷加载杆3螺纹连接。载荷加载绳24分别固定在载荷加载杆3的圆孔15、23上。在滑轮支撑架5一侧的螺纹孔上安装导向滑轮。通过圆孔15的载荷加载绳先经过导向滑轮4再经过滑轮支撑架5上的两个滑轮，通过圆孔23的载荷加载绳只经过轮支撑架5上的两个滑轮。这样载荷加载绳的拉力方向是相反的，从而实现力矩的标定。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种六维力/力矩传感器标定装置，其特征是：包括标定工作台，所述标定工作台的两端分别设置有一支撑杆，所述支撑杆的上端设置有滑轮，且两支撑杆上的滑轮平行设置；所述支撑杆的杆体上设置有若干螺纹孔，通过螺纹孔可拆卸连接有导向滑轮；所述标定工作台上活动设置有用于固定多维力传感器的传感器基座，所述传感器基座上可拆卸连接有载荷加载杆，所述载荷加载杆的两端分别设置有连接孔，以固定载荷加载绳，所述载荷加载绳通过滑轮与拉力机相连，对多维力传感器进行动态或/和静态标定；

所述传感器基座包括相互垂直的第一固定板和第二固定板，所述第一固定板与标定工作台相平行，所述第二固定板与标定工作台相垂直；

所述第二固定板上设置有多个螺纹孔，所述螺纹孔与传感器外接法兰螺纹孔一一对应；

通过全自动拉力机加载，保证加载力值稳定连续可调；通过改变传感器基座螺纹孔位置或者更换传感器基座对不同型号传感器的力、力矩标定；

多维力传感器的上下法兰分别与传感器基座和载荷加载杆螺纹连接，载荷加载绳固定在载荷加载杆的端部的圆孔上，载荷加载绳通过滑轮与拉力机相连，通过对拉力机施加拉力对多维力传感器进行动态和静态标定，以此来实现力的标定；在一侧支撑杆的杆体上安装导向滑轮，通过一侧圆孔的载荷加载绳先经过导向滑轮再经过该侧支撑杆上端设置的滑轮，通过另一侧圆孔的载荷加载绳只经过该侧支撑杆上端设置的滑轮，使得载荷加载绳的拉力方向是相反的，以此来实现力矩的标定。

2.如权利要求1所述的一种六维力/力矩传感器标定装置，其特征是：所述传感器基座上设置有若干滑块，所述滑块与标定工作台上设置的若干滑槽相配合。

3.如权利要求2所述的一种六维力/力矩传感器标定装置，其特征是：所述第一固定板的底端设置有滑块，所述滑块沿滑槽移动。

4.如权利要求1所述的一种六维力/力矩传感器标定装置，其特征是：所述第一固定板上设置有多个螺纹孔，通过螺纹孔内固定螺栓，所述第一固定板与标定工作台固定。

5.如权利要求1所述的一种六维力/力矩传感器标定装置，其特征是：所述载荷加载杆上设置有多个螺纹孔，所述螺纹孔与传感器外接法兰螺纹孔一一对应。

6.如权利要求1所述的一种六维力/力矩传感器标定装置，其特征是：所述支撑杆的端部上设置有沿支撑杆中轴线对称分布的两个滑轮，且两个滑轮的方向一致。

7.基于如权利要求1-6中任一项所述的装置的力的标定方法，其特征是：多维力传感器的上下法兰盘分别与传感器基座和载荷加载杆螺纹连接，载荷加载绳固定在载荷加载杆的端部的圆孔上，载荷加载绳通过滑轮与拉力机相连，通过对拉力机施加拉力对多维力传感器进行动态和静态标定。

8.基于如权利要求1-6中任一项所述的装置的力矩的标定方法，其特征是：多维力传感器的上下法兰盘分别与传感器基座和载荷加载杆螺纹连接，载荷加载绳分别固定在载荷加载杆的圆孔上，在一侧支撑杆的杆体上安装导向滑轮，通过一侧圆孔的载荷加载绳先经过导向滑轮再经过该侧支撑杆上端设置的滑轮，通过另一侧圆孔的载荷加载绳只经过该侧支撑杆上端设置的滑轮，使得载荷加载绳的拉力方向是相反的，从而实现力矩的标定。

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