一种六维力传感器标定装置

摘要

一种六维力传感器标定装置，它涉及一种标定装置，具体涉及一种六维力传感器标定装置。本发明为了解决现有标定装置结构复杂、工序繁琐、体积较大、装配调试困难，且无法实现各个方向的单维力单独加载的问题。本发明的工作平台固定安装在主体框架的上表面上，第一立柱和第二立柱并排平行设置在工作平台的上表面上，所述横梁支架组件、第一立柱、第二立柱组成一个门字形框架，五个滑轮沿所述横梁支架组件长度方向呈一字型等间距安装在横梁支架组件上，传感器固定法兰安装在工作平台上表面的中部，传感器安装在传感器固定法兰上，加载盘安装在传感器上，两个所述弯矩加载系统沿传感器固定法兰对称设置。本发明用于六维力传感器标定实验。

权利要求

1.一种六维力传感器标定装置，它包括主体框架(1)、工作平台(2)、第一立柱(3)、第二立柱(4)、横梁支架组件、加载盘(5)、传感器固定法兰(6)、两个扭矩加载系统、两个弯矩加载系统和五个滑轮(7)，工作平台(2)是正方形板体，工作平台(2)固定安装在主体框架(1)的上表面上，第一立柱(3)和第二立柱(4)并排平行设置在工作平台(2)的上表面上，且第一立柱(3)沿长度方向的中心线和第二立柱(4)沿长度方向的中心线均与工作平台(2)的上表面垂直，所述横梁支架组件的一端与第一立柱(3)的上端连接，所述横梁支架组件的另一端与第二立柱(4)的上端连接，所述横梁支架组件、第一立柱(3)、第二立柱(4)组成一个门字形框架，所述门字形框架的两侧分别各设有一个所述扭矩加载系统，且一个所述扭矩加载系统靠近第一立柱(3)，另一个所述扭矩加载系统靠近第二立柱(4)，五个滑轮(7)沿所述横梁支架组件长度方向呈一字型等间距安装在横梁支架组件上，传感器固定法兰(6)安装在工作平台(2)上表面的中部，且传感器固定法兰(6)位于所述门字形框架的正下方，传感器安装在传感器固定法兰(6)上，加载盘(5)安装在传感器上，两个所述弯矩加载系统沿传感器固定法兰(6)对称设置，且两个所述弯矩加载系统分别位于所述门字形框架的两侧，所述横梁支架组件包括两个横梁(8)和五个转轴(9)，两个横梁(8)并排平行设置，五个转轴(9)沿两个横梁(8)长度方向等间距设置在两个横梁(8)之间，每个转轴(9)分别各套装一个滑轮(7)，第一斜梁组件(18)和第二斜梁组件(19)均是由两根斜梁并排平行组成的，第一斜梁组件(18)的两端分别与第一立柱(3)和横梁支架组件连接，第二斜梁组件(19)的两端分别与第二立柱(4)和横梁支架组件连接，加载盘(5)上表面的中部设有加载帽(20)，加载盘(5)的边缘均布设有十二个加载吊环(21)，其特征在于：每个所述扭矩加载系统包括扭矩支架(10)、扭矩滑轮(11)、扭矩滑轮轴(12)和扭矩架支柱(13)，扭矩支架(10)通过扭矩架支柱(13)安装在工作平台(2)的上表面上，扭矩滑轮轴(12)安装在扭矩支架(10)上，扭矩滑轮(11)套装在扭矩滑轮轴(12)上，每个所述弯矩加载系统包括弯矩支架(14)、弯矩滑轮(15)、弯矩滑轮轴(16)和弯矩架支柱(17)，弯矩支架(14)通过弯矩架支柱(17)安装在工作平台(2)的上表面上，弯矩滑轮轴(16)安装在弯矩支架(14)上，弯矩滑轮(15)套装在弯矩滑轮轴(16)上。

说明书

一种六维力传感器标定装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种标定装置，具体涉及一种六维力传感器标定装置。

背景技术

[0002] 六维力传感器是一种能够同时感知空间笛卡尔坐标系中的三维力信息和三维力矩信息的传感器。广泛应用与机器人、工业化、航空航天、国防建设等领域。六维力传感器由于制造、装配、贴片误差及电路噪声干扰等影响，需要通过标定实验来检测六维力传感器的实际性能指标，目的在于确定输入与输出之间的关系。标定装置在六维力传感器的整个研制过程中起着至关重要的作用。标定装置的精度直接决定着六维力传感器的精度，标定装置的操作难易直接决定着标定实验的工作强度及工作效率。目前，六维力传感器标定装置有如下几种方式：专利号为CN102749168A的专利，公布了一种无耦合六维力传感器的组合式标定装置，通过采用组合式方法以实现不同方向的标定，装置复杂，工序繁杂，专利号为CN102279077A的专利，公布了一种双力源六维力传感器标定装置，可以通过成对布置力源以实现多方向载荷输出，体积较大，装配调试困难，专利CN101226095A，公布了一种六维力传感器标定装置，为采用四千斤顶式的标定装置，无法实现各个方向的单维力的单独加载。

发明内容

[0003] 本发明为解决现有标定装置结构复杂、工序繁琐、体积较大、装配调试困难，且无法实现各个方向的单维力单独加载的问题，进而提出一种六维力传感器标定装置。

[0004] 本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明包括主体框架、工作平台、第一立柱、第二立柱、横梁支架组件、加载盘、传感器固定法兰、两个扭矩加载系统、两个弯矩加载系统和五个滑轮，工作平台是正方形板体，工作平台固定安装在主体框架的上表面上，第一立柱和第二立柱并排平行设置在工作平台的上表面上，且第一立柱沿长度方向的中心线和第二立柱沿长度方向的中心线均与工作平台的上表面垂直，所述横梁支架组件的一端与第一立柱的上端连接，所述横梁支架组件的另一端与第二立柱的上端连接，所述横梁支架组件、第一立柱、第二立柱组成一个门字形框架，所述门字形框架的两侧分别各设有一个所述扭矩加载系统，且一个所述扭矩加载系统靠近第一立柱，另一个所述扭矩加载系统靠近第二立柱，五个滑轮沿所述横梁支架组件长度方向呈一字型等间距安装在横梁支架组件上，传感器固定法兰安装在工作平台上表面的中部，且传感器固定法兰位于所述门字形框架的正下方，传感器安装在传感器固定法兰上，加载盘安装在传感器上，两个所述弯矩加载系统沿传感器固定法兰对称设置，且两个所述弯矩加载系统分别位于所述门字形框架的两侧。

[0005] 本发明的有益效果是：本发明通过改变扭矩加载系统、弯矩加载系统的位置，实现各方向作用力的单独加载，及Fx、Fy的圆周加载，进而可以系统的了解整个传感器的耦合情况；本发明装配简单易行，为六维力传感器的解耦提供了便利。

附图说明

[0006] 图1是本发明的主视图，图2是图1的左视图，图3是图1的俯视图，图4是本发明立体结构示意图。

具体实施方式

[0007] 具体实施方式一：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式所述一种六维力传感器标定装置包括主体框架1、工作平台2、第一立柱3、第二立柱4、横梁支架组件、加载盘5、传感器固定法兰6、两个扭矩加载系统、两个弯矩加载系统和五个滑轮7，工作平台2是正方形板体，工作平台2固定安装在主体框架1的上表面上，第一立柱3和第二立柱4并排平行设置在工作平台2的上表面上，且第一立柱3沿长度方向的中心线和第二立柱4沿长度方向的中心线均与工作平台2的上表面垂直，所述横梁支架组件的一端与第一立柱3的上端连接，所述横梁支架组件的另一端与第二立柱4的上端连接，所述横梁支架组件、第一立柱3、第二立柱4组成一个门字形框架，所述门字形框架的两侧分别各设有一个所述扭矩加载系统，且一个所述扭矩加载系统靠近第一立柱3，另一个所述扭矩加载系统靠近第二立柱
4，五个滑轮7沿所述横梁支架组件长度方向呈一字型等间距安装在横梁支架组件上，传感器固定法兰6安装在工作平台2上表面的中部，且传感器固定法兰6位于所述门字形框架的正下方，传感器安装在传感器固定法兰6上，加载盘5安装在传感器上，两个所述弯矩加载系统沿传感器固定法兰6对称设置，且两个所述弯矩加载系统分别位于所述门字形框架的两侧。

[0008] 具体实施方式二：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式所述一种六维力传感器标定装置的横梁支架组件包括两个横梁8和五个转轴9，两个横梁8并排平行设置，五个转轴9沿两个横梁8长度方向等间距设置在两个横梁8之间，每个转轴9分别各套装一个滑轮7。

[0009] 本实施方式的技术效果是：如此设置，可以避免因摩擦力带来的标定误差。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

[0010] 具体实施方式三：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式所述一种六维力传感器标定装置的每个所述扭矩加载系统包括扭矩支架10、扭矩滑轮11、扭矩滑轮轴12和扭矩架支柱13，扭矩支架10通过扭矩架支柱13安装在工作平台2的上表面上，扭矩滑轮轴12安装在扭矩支架10上，扭矩滑轮11套装在扭矩滑轮轴12上。

[0011] 本实施方式的技术效果是：如此设置，使得扭矩加载系统拆卸方便且具有非常高的标定精度。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

[0012] 具体实施方式四：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式所述一种六维力传感器标定装置的每个所述弯矩加载系统包括弯矩支架14、弯矩滑轮15、弯矩滑轮轴16和弯矩架支柱17，弯矩支架14通过弯矩架支柱17安装在工作平台2的上表面上，弯矩滑轮轴16安装在弯矩支架14上，弯矩滑轮15套装在弯矩滑轮轴16上。

[0013] 本实施方式的技术效果是：如此设置，使得弯矩加载系统拆卸方便且具有非常高的标定精度。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

[0014] 具体实施方式五：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式所述一种六维力传感器标定装置还包括第一斜梁组件18和第二斜梁组件19，第一斜梁组件18和第二斜梁组件19均是由两根斜梁并排平行组成的，第一斜梁组件18的两端分别与第一立柱3和横梁支架组件连接，第二斜梁组件19的两端分别与第二立柱4和横梁支架组件连接。

[0015] 本实施方式的技术效果是：如此设置，使门字形框架更加牢固不易变形。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二、三或四相同。

[0016] 具体实施方式六：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式所述一种六维力传感器标定装置的加载盘5上表面的中部设有加载帽20，加载盘5的边缘均布设有十二个加载吊环21。

[0017] 本实施方式的技术效果是：如此设置，可以实现竖直向上的力Fz的标定。其它组成及连接关系与具体实施方式五相同。

[0018] 工作原理

[0019] 本发明进行六维力传感器标定实验的具体步骤如下：

[0020] 步骤一、以传感器的几何中心为零点，以过零点并平行于工作平台2的上表面为x、y轴所在平面，建立三维直角坐标系，标定Fx方向力：将尼龙绳的一端固定在相应的加载吊环21上，然后将尼龙绳绕在相应的弯矩滑轮15上，尼龙绳的另一端通过工作平台2上的圆形通孔系在砝码上，依次增加砝码，完成X正方向力的标定；同理可完成X负方向力的标定。

[0021] 步骤二、标定Fy方向力：将尼龙绳的一端固定在相应的加载吊环21上，然后将尼龙绳绕在相应的弯矩滑轮15上，尼龙绳的另一端通过工作平台2上相应的通孔与砝码连接，依次增加砝码，完成Y正方向力的标定；同理可完成Y负方向力的标定。

[0022] 步骤三、标定Fz方向力：将尼龙绳的一端固定在加载帽20上，然后尼龙绳绕在两个横梁8之间滑轮7上，尼龙绳的另一端与砝码连接，依次增加砝码，完成Z正方向力的标定；将加载帽20去掉，然后直接在加载盘5上依次加载砝码，完成Z负方向力的标定；

[0023] 步骤四、标定Mx方向力矩：将尼龙绳的一端固定在相应的加载吊环21上，然后尼龙绳垂直绕在两个横梁8之间的滑轮7上，尼龙绳的另一端与砝码连接，将对称的加载吊环21拆卸下来固定在加载盘5的下表面上，然后将另一根尼龙绳的一端固定在这个加载吊环
21上，另一根尼龙绳的另一端穿过工作平台2上的通孔与砝码连接，完成Mx正方向力矩的标定，只需将Mx正方向力矩标定的方式进行对称变换即可实现对Mx负方向的力矩标定；

[0024] 步骤五、标定My方向力矩：将第一立柱3、第二立柱4、横梁支架组件、第一斜梁组件18、第二斜梁组件19、五个滑轮7旋转90°，并将弯矩加载系统固定在横梁支架组件的下方的工作平台2上，将尼龙绳的一端固定在相应的加载吊环21上，尼龙绳的另一端与砝码连接，将对称的加载吊环21拆卸下来固定在加载盘5的下表面上，然后用另一根尼龙绳的一端固定在这个加载吊环21上，另一端通过工作平台2上的通孔与砝码连接，进行加载并完成My正方向力矩的标定，将My正方向力矩标定的方式进行对称变换即可实现My负方向力矩的标定；

[0025] 步骤六、标定Mz方向力矩：将将两个尼龙绳的一端与相对称的两个加载吊环21连接，每个尼龙绳缠绕在相对应的扭矩滑轮11上，每个尼龙绳的另一端分别与砝码连接，依次增加砝码，完成Mz方向的正方向力矩的标定，重新固定扭矩加载系统，按照上述步骤即可实现Mz负方向力矩的标定。

[0026] 对Fxy进行圆周加载时，首先将固定弯矩支架14固定在Fx轴的正方向上，再将尼龙绳的一端固定在相应的加载吊环21上，然后将尼龙绳绕在弯矩滑轮15上，尼龙绳的另一端穿过工作平台2上的通孔与砝码连接，依次增加砝码完成x轴正方向力的标定，把弯矩支架14沿x轴正方向旋转30°并固定，重复上述步骤，完成与x轴30°时Fx、Fy的标定，依次类推，完成沿整个圆周的Fxy的标定。