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柔性力传感器曲率影响测试装置及方法

阅读：311发布：2021-03-03

IPRDB可以提供柔性力传感器曲率影响测试装置及方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及柔性力传感器曲率影响测试装置及方法。该装置包括支架和待测的柔性力传感器，支架支撑有水平轴，水平轴周向套设有曲面筒和周向加载臂，周向加载臂与曲面筒固连；曲面筒具有曲面筒主体；支架还具有纵向通孔，纵向通孔内安置有径向加载杆，径向加载杆上端为承载外部径向负荷的负荷承载端，径向加载杆下端具有弧面；柔性力传感器位于径向加载杆下端和曲面筒主体之间；柔性力传感器的信号输出端与外部数据采集设备连接。本发明能对柔性力传感器在处于不同曲率下受到不同外部径向负荷或不同周向剪切负荷时的输出数据表现进行测试，并获知具体的影响程度。，下面是柔性力传感器曲率影响测试装置及方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种柔性力传感器曲率影响测试装置，包括支架和待测的柔性力传感器，其特征是，所述支架支撑有水平轴，所述水平轴周向套设有曲面筒和周向加载臂，所述周向加载臂与曲面筒的一端固连；所述曲面筒具有呈圆柱体的曲面筒主体，所述周向加载臂沿曲面筒主体的径向延伸；所述曲面筒主体的中心轴线与水平轴的中心轴线重合，且周向加载臂对称分布于水平轴中心轴线的两侧；所述支架还具有位于曲面筒正上方的纵向通孔，所述纵向通孔内安置有径向加载杆，所述径向加载杆的中心轴线与曲面筒主体的中心轴线垂直相交，所述径向加载杆的上端为承载外部径向负荷的负荷承载端，所述径向加载杆的下端具有弧面，所述弧面为一圆柱体的一部分，该圆柱体的中心轴线与曲面筒主体的中心轴线重合，该圆柱体与曲面筒主体的半径之差为柔性力传感器的厚度；所述柔性力传感器位于径向加载杆下端和曲面筒主体之间，且柔性力传感器的中心与径向加载杆的中心轴线重合；

所述装置还包括至少一个带钩的砝码，所述周向加载臂的末端具有供砝码钩挂的突起或挂孔；所述柔性力传感器的信号输出端与外部数据采集设备连接。

2.根据权利要求1述及的柔性力传感器曲率影响测试装置，其特征是，所述曲面筒、周向加载臂分别与水平轴构成具有轴向约束的转动副；所述径向加载杆与纵向通孔构成具有水平约束的纵向移动副；所述支架与水平轴构成具有轴向约束的转动副。

3.根据权利要求1述及的柔性力传感器曲率影响测试装置，其特征是，所述装置具有：

将周向加载臂的延伸方向调整为水平方向，将外部径向负荷加载于径向加载杆负荷承载端，在径向加载杆下端的作用下柔性力传感器与曲面筒主体表面贴合的第一测试状态；以及，在第一测试状态的基础上，将预定砝码挂在周向加载臂末端的第二测试状态；当装置处于第一测试状态或第二测试状态时，通过外部数据采集设备采集柔性力传感器的输出数据。

4.根据权利要求1述及的柔性力传感器曲率影响测试装置，其特征是，所述周向加载臂呈片状且一体成型，所述周向加载臂由两梯形片状件对称固连而成，两梯形片状件的长底边相互连接且连接处以弧线过渡，两梯形片状件的短底边呈弧线状且分别构成周向加载臂的末端；所述周向加载臂所处平面与水平轴垂直。

5.根据权利要求1至4任一项述及的柔性力传感器曲率影响测试装置，其特征是，所述曲面筒还具有连接台，所述连接台呈圆柱体且与曲面筒主体同轴，所述连接台的半径小于曲面筒主体的半径，所述连接台的一端经螺栓与周向加载臂固连，所述连接台的另一端与曲面筒主体一体成型。

6.根据权利要求1至4任一项述及的柔性力传感器曲率影响测试装置，其特征是，所述曲面筒有一组，且各曲面筒的曲面筒主体具有不同的半径；所述径向加载杆有一组，所述径向加载杆与曲面筒一一对应。

7.根据权利要求1至4任一项述及的柔性力传感器曲率影响测试装置，其特征是，所述支架由分别呈块状的顶部件、底部件、第一侧边件以及第二侧边件构成，所述第一侧边件与第二侧边件平行；所述第一侧边件、第二侧边件的底端分别与底部件固连，所述第一侧边件、第二侧边件的顶端分别与顶部件固连；所述第一侧边件、第二侧边件分别具有通孔，所述通孔内分别设有支撑水平轴的轴承。

8.根据权利要求1至4任一项述及的柔性力传感器曲率影响测试装置，其特征是，所述径向加载杆的负荷承载端所承载的外部径向负荷来源为外部重物或外部加压设备。

9.采用权利要求1至8任一项述及柔性力传感器曲率影响测试装置的测试方法，其特征是，包括以下步骤：

第一步、先将曲面筒与周向加载臂固定连接再一并套在水平轴上，将水平轴支撑于支架；调整周向加载臂的延伸方向为水平方向；将待测的柔性力传感器安置在曲面筒主体表面，将径向加载杆穿过支架的纵向通孔并压在柔性力传感器上，使柔性力传感器与曲面筒主体表面贴合，且柔性力传感器的中心与径向加载杆的中心轴线重合；

第二步、以预定方法，在固定外部径向负荷下以固定增量不断增加曲面筒半径至预定最大半径，或者在固定外部径向负荷且固定曲面筒半径下以固定增量不断增加周向剪切负荷至预定最大周向剪切负荷，或者在固定曲面筒半径下以固定增量不断增加径向加载杆负荷承载端的外部径向负荷至预定最大外部径向负荷；同时，采集柔性力传感器的输出数据；

第三步、根据曲面筒半径与相应的柔性力传感器输出数据，判断曲率变化对该柔性力传感器的影响程度；或者，根据周向负荷与相应的柔性力传感器输出数据，判断在固定曲率下周向剪切负荷对该柔性力传感器的影响程度；测试结束。

10.根据权利要求9述及的测试方法，其特征是，第二步中，所述预定方法为：通过更换不同半径的曲面筒，使曲面筒半径以固定增量不断增加；通过在周向加载臂末端加载不同重量的砝码，使周向剪切负荷以固定增量不断增加；通过在径向加载杆负荷承载端加载不同重量的外部径向负荷，使外部径向负荷以固定增量不断增加。

说明书全文

柔性力传感器曲率影响测试装置及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种柔性力传感器曲率影响测试装置及方法，属于传感器标定技术领域。

背景技术

[0002] 据申请人所知，接触界面间力的测量通常通过压力的测量间接实现，而压力通常表示为相对于物体的表面每单位面积施加的力，因此为了实现有效的接触力测量，良好的接触面控制显得尤为重要，对于人与外界的接触复杂性，这一点更为重要。随着传感器技术的发展和相关应用需要的增加，以及人体运动检测领域应用的爆发性增长，一方面，以柔性力传感器为代表的传感器性能不断增强，另一方面，传感器灵敏度的要求也越来越高。

[0003] 针对触觉反馈需要，接触力信息的测量大多使用柔性力传感器实现(Stassi,et al.,2014)，柔性力传感器提供与测量压力成正比的电信号输出(电压或电流)；在传感器性能方面，柔性力传感器所需的关键规格包括线性度、迟滞、温度敏感性、传感尺寸和压力范围等(Almassri,et al.,2015；Stassi,et al.,2014)；柔性力传感器按照感应材料可分为电容式传感器、电阻式传感器、压电式传感器和压阻式传感器(Majumder,et al.,2017)。

[0004] 电容式传感器由一个悬浮结构极板电容器组成，在外力作用下，极板或电极区域之间的距离缩短，从而产生两个电极之间的电容变化。电容式触觉压力传感技术是检测小挠度变化最敏感的技术之一，具有高空间分辨率、良好的频率响应、低功耗和大量程的动态范围等特点。基于该传感器的商业化人体运动识别系统包括德国Novel公司的EMED足底压力系统和PEDAR鞋垫系统。

[0005] 电阻式传感器通常由导电聚合物力敏电阻构成，当施加压力时导电层变化，两个电极之间的电阻变小、电流增加。基于该传感器的商业化人体运动识别系统包括美国Tekscan公司matscan压力系统和F-scan鞋垫系统。

[0006] 压电式传感器是将施加的应力或力转化为电压的传感器，因其压电材料可作为传感器和执行器的特性故被认为是一种智能材料(Almassri,et al.,2015)。压电式传感器具有机械柔性、高压电系数、尺寸固定、重量轻、工作稳定等特性。当施加力时，压电材料也具有高电压输出时的高灵敏度，灵敏度能达到130pC/N。压电式传感器是一种无源传感器，具有高可靠性，适用于各种应用。然而，由于其电压输出随着时间的推移而减小，同时其内部电阻过大，测量静态力优势不明显，因此仅适用于动态力的检测；主要压电材料有石英陶瓷(PZT)、聚偏氟乙烯(PVDF)等，其中石英陶瓷主要用于动态触觉感测，而聚偏氟乙烯更适合触觉压力应用。由于压电器件具有高阻抗，容易受到过多的电干扰，导致不可接受的信号-噪声比，为此在设计压电传感器的电路时，一个超薄的输入阻抗必不可少。基于该传感器的商业化人体运动识别系统包括美国Measurement Specialties系统和美国Piezotronics公司的PCB系统。

[0007] 压阻式传感器由基于半导体材料的压电材料构成，压电材料受力的影响产生形变，电阻率会随之发生变化，一般情况下，没有外力作用时传感器电阻率高，有外力作用下电阻率降低。压阻式传感器具有成本低、灵敏度高、结构相对简单、长期稳定性低、噪声低、准确度高、可靠性高、技术成熟等优点，但它只能测量一个固定点压力。它们可以定制成各种形状和尺寸，并且可以用于许多应用中，尤其适合检测物体两个表面之间的接触力。美国Tekscan公司的Flexi-Force传感器和德国Paromed公司的Parotec传感器是典型代表。

[0008] 这些柔性力传感器能够感测触觉和适应不同形状，除了所需的模拟人体皮肤的高整合性，他们的主要缺点在于特殊条件下滞后传感响应，影响了测量的重复性，因此针对这些传感器的特性进行进一步研究，以使其进行高精度的测量应用(Stassi,et al.,2014；Wong,2012)；此外，通过有效的信号提取也能弥补测量上不足(Aroca,et al.,2013)。

[0009] 目前，人体运动信息获取技术的发展趋势表明，日常生活参数实时、实地测量必须适应快速变化和科学复杂的生活环境(Razak,et al.,2012)。为了实现不间断人与外界接触的作用力信息测量，并如实反应现实生活中的日常人体活动，采用能实现可移动、没有附着感、与接触面测量的柔性力传感器成为了充分整合目标环境下的有效措施。

[0010] 上世纪90年代初，Zhu等使用7个力敏电阻传感器(FSR)开发了一种用于测量鞋内足底压力分布的系统，用于区分不同步态之间的压力特征(Zhu,et al.,1991)。随后，类似的研究开始越来越多。2011年，Feng等基于Flexi-Force柔性力传感器设计了一个采用动态足底压力人体识别系统，他们比较了不同位置关键点压力信息和使用支持向量机(SVM)分类算法进行步态识别，系统能达到96％的识别精度(Feng,et al.,2011)。Salpavaara等人选择标枪运动设计一种基于电容式传感器的系统，用来监测投掷运动员下肢的发力时机(Salpavaara,et al.,2009)。这些研究证实了柔性力传感器可以很好的适用于足底压力信息的实时获取，可以测量足与地面的接触力信息以获得步态等关键信息。

[0011] 作为人与外界接触信息的另一种来源，近年来研究者们也开始关注手部接触力信息的实时获取。Rogers等开发了一种低成本的系统，使用兼容MRI力敏电阻(FSR)评估指序列任务期间的表现，该系统还提供了手指协调的信息，包括序列之间的间隔时间、敲击之间的间隔和敲击持续时间(Rogers,et al.,2010)。Komi等基于Flexi-Force柔性力传感器设计了一个高尔夫球手套系统，测量高尔夫挥杆中握力特征(Komi,et al.,2007)。Aroca等整合Flexi-Force柔性力传感器等设计了一种可穿戴采摘水果评级系统，通过手套式系统用来分析和测量水果的属性(Aroca,et al.,2013)。

[0012] 所有上述研究都是无线系统应用，目的均是为了尽量避免设备对人体运动的阻碍，同时研究均使用商业化柔性力传感器。

[0013] 为了测量接触对象和皮肤之间的界面压力，传感器除了应具有小、薄、柔性以及对低压力的敏感外，并还需考虑皮肤表面曲率的影响(Ferguson-Pell,et al.,2000)。比如在手抓握功能测试中，一方面，传感器不能影响操作对象的特征以及操作者的动作，因此传感器必须有效设计整合反映真实用力状况；另一方面，以握力计为代表的设备中所使用的力传感器只能测量一个方向的力，空间分辨率差，同时受传感器刚性影响，很难将多个传感器应用到曲面夹持的表面上，因此柔性力传感器成为曲面接触条件下接触力测量的最适宜方式(Komi,et al.,2007)。

[0014] Ferguson-Pell等使用Flexi-Force传感器进行微小力测量的研究时发现，表面曲率半径从8.0mm到51.7mm增加，对传感器的预紧力随着半径的增加而减小，半径低于32.5mm时传感器的灵敏度下降明显(Ferguson-Pell,et al.,2000)。Komi等选取四个不同的表面(平面和直径为30、25和20mm的曲面)对于Tekscan 9811、Flexi-Force和QTC三款传感器进行了0到满量程的测试，传感器输出在外加载零负荷显示预紧力均低于1.5N，结果表明曲率变化对Tekscan 9811(-1.0％～-5.2％)和Flexi-Force(0.95％～2.9％)力测量影响较小，但对QTC传感器测量影响较大(Komi,et al.,2007)。这些已有研究对传感器时曲率变化响应特性进行了研究，受实验条件的影响均存在一定缺陷，Ferguson-Pell的实验使用的是市场上市售的ABS系列水管，曲面变化调节不具备线性特征，且实验加载较小；而Komi等的实验中仅选取了3个曲率条件，因此针对传感器的曲率变化响应特性研究需要特殊的实验条件和更进一步的实验。

[0015] 经检索发现，专利号CN200810097896.4、授权公告号CN101281073B、名称《一种力学传感器阵列标定装置及其工作方法》的中国发明专利，其装置包括定位传动部件和与其电连接的控制部件，其中定位传动部件包括标定的工作平台和压力头测试部件，压力头测试部件通过Z向直线步进电机伸缩头连接一个测力传感器。

[0016] 专利号CN201110023954.0、授权公告号CN102175388B、名称《一种曲面柔性触觉传感器阵列的三维标定装置》的中国发明专利，其装置包括三坐标导轨机器人、三维力加载机构、阵列平台以及与其电连接的控制部分；所述三坐标导轨机器人包括X轴导轨、Y轴导轨和Z轴导轨,三者均安装了带位置检测功能的光栅尺。所述三维力加载机构通过并联机构安装法兰安装在Z轴导轨下端，三维力加载机构包括并联机构和三维力检测部件，三维力检测部件安装于并联机构操作末端。

[0017] 然而，上述技术方案并不能标定曲率变化对柔性力传感器的影响，亟待研制出能满足该要求的设备。

发明内容

[0018] 本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术存在的问题，提供一种柔性力传感器曲率影响测试装置及方法，能够对曲率变化造成的影响进行测试。

[0019] 本发明解决其技术问题的技术方案如下：

[0020] 一种柔性力传感器曲率影响测试装置，包括支架和待测的柔性力传感器，其特征是，所述支架支撑有水平轴，所述水平轴周向套设有曲面筒和周向加载臂，所述周向加载臂与曲面筒的一端固连；所述曲面筒具有呈圆柱体的曲面筒主体，所述周向加载臂沿曲面筒主体的径向延伸；所述曲面筒主体的中心轴线与水平轴的中心轴线重合，且周向加载臂对称分布于水平轴中心轴线的两侧；所述支架还具有位于曲面筒正上方的纵向通孔，所述纵向通孔内安置有径向加载杆，所述径向加载杆的中心轴线与曲面筒主体的中心轴线垂直相交，所述径向加载杆的上端为承载外部径向负荷的负荷承载端，所述径向加载杆的下端具有弧面，所述弧面为一圆柱体的一部分，该圆柱体的中心轴线与曲面筒主体的中心轴线重合，该圆柱体与曲面筒主体的半径之差为柔性力传感器的厚度；所述柔性力传感器位于径向加载杆下端和曲面筒主体之间，且柔性力传感器的中心与径向加载杆的中心轴线重合；所述装置还包括至少一个带钩的砝码，所述周向加载臂的末端具有供砝码钩挂的突起或挂孔；所述柔性力传感器的信号输出端与外部数据采集设备连接。

[0021] 采用该结构，由径向加载杆将柔性力传感器压在曲面筒主体表面，并使两者贴合，从而使柔性力传感器整体带有曲率；然后进行测试，即可得出曲率对该柔性力传感器的影响结果。

[0022] 优选地，所述曲面筒、周向加载臂分别与水平轴构成具有轴向约束的转动副；所述径向加载杆与纵向通孔构成具有水平约束的纵向移动副；所述支架与水平轴构成具有轴向约束的转动副。采用该优选结构可进一步确保测试准确性。

[0023] 优选地，所述装置具有：将周向加载臂的延伸方向调整为水平方向，将外部径向负荷加载于径向加载杆负荷承载端，在径向加载杆下端的作用下柔性力传感器与曲面筒主体表面贴合的第一测试状态；以及，在第一测试状态的基础上，将预定砝码挂在周向加载臂末端的第二测试状态；当装置处于第一测试状态或第二测试状态时，通过外部数据采集设备采集柔性力传感器的输出数据。这样可对柔性力传感器受曲率的影响进行更全面的测试。

[0024] 优选地，所述周向加载臂呈片状且一体成型，所述周向加载臂由两梯形片状件对称固连而成，两梯形片状件的长底边相互连接且连接处以弧线过渡，两梯形片状件的短底边呈弧线状且分别构成周向加载臂的末端；所述周向加载臂所处平面与水平轴垂直。采用该优选结构，能使装置在测试时保持更稳定的状态。

[0025] 优选地，所述曲面筒还具有连接台，所述连接台呈圆柱体且与曲面筒主体同轴，所述连接台的半径小于曲面筒主体的半径，所述连接台的一端经螺栓与周向加载臂固连，所述连接台的另一端与曲面筒主体一体成型。采用该优选结构可使曲面筒与周向加载臂的连接更加稳固。

[0026] 优选地，所述曲面筒有一组，且各曲面筒的曲面筒主体具有不同的半径；所述径向加载杆有一组，所述径向加载杆与曲面筒一一对应。这样在具体测试时，可选择不同半径的曲面筒来测试柔性力传感器在不同曲率下的输出数据；同时，采用相应的径向加载杆可确保柔性力传感器与曲面筒主体贴合，从而保证测试结果的准确性。

[0027] 优选地，所述支架由分别呈块状的顶部件、底部件、第一侧边件以及第二侧边件构成，所述第一侧边件与第二侧边件平行；所述第一侧边件、第二侧边件的底端分别与底部件固连，所述第一侧边件、第二侧边件的顶端分别与顶部件固连；所述第一侧边件、第二侧边件分别具有通孔，所述通孔内分别设有支撑水平轴的轴承。

[0028] 优选地，所述径向加载杆的负荷承载端所承载的外部径向负荷来源为外部重物或外部加压设备。

[0029] 本发明还提供：

[0030] 采用前述柔性力传感器曲率影响测试装置的测试方法，其特征是，包括以下步骤：

[0031] 第一步、先将曲面筒与周向加载臂固定连接再一并套在水平轴上，将水平轴支撑于支架；调整周向加载臂的延伸方向为水平方向；将待测的柔性力传感器安置在曲面筒主体表面，将径向加载杆穿过支架的纵向通孔并压在柔性力传感器上，使柔性力传感器与曲面筒主体表面贴合，且柔性力传感器的中心与径向加载杆的中心轴线重合；

[0032] 第二步、以预定方法，在固定外部径向负荷下以固定增量不断增加曲面筒半径至预定最大半径，或者在固定外部径向负荷且固定曲面筒半径下以固定增量不断增加周向剪切负荷至预定最大周向剪切负荷，或者在固定曲面筒半径下以固定增量不断增加径向加载杆负荷承载端的外部径向负荷至预定最大外部径向负荷；同时，采集柔性力传感器的输出数据；

[0033] 第三步、根据曲面筒半径与相应的柔性力传感器输出数据，判断曲率变化对该柔性力传感器的影响程度；或者，根据周向负荷与相应的柔性力传感器输出数据，判断在固定曲率下周向剪切负荷对该柔性力传感器的影响程度；测试结束。

[0034] 采用该测试方法，即能顺利获知待测柔性力传感器在处于不同曲率下受到不同外部径向负荷或不同周向剪切负荷时的受影响程度。

[0035] 优选地，第二步中，所述预定方法为：通过更换不同半径的曲面筒，使曲面筒半径以固定增量不断增加；通过在周向加载臂末端加载不同重量的砝码，使周向剪切负荷以固定增量不断增加；通过在径向加载杆负荷承载端加载不同重量的外部径向负荷，使外部径向负荷以固定增量不断增加。

[0036] 本发明测试装置及方法，能对柔性力传感器在处于不同曲率下受到不同外部径向负荷或不同周向剪切负荷时的输出数据表现进行测试，从而获知具体的影响程度。

附图说明

[0037] 图1、图2分别为本发明实施例中测试装置不同角度的结构示意图。

[0038] 图3、图4分别为本发明试验案例中的测试结果示意图。

具体实施方式

[0039] 下面参照附图并结合实施例对本发明作进一步详细描述。但是本发明不限于所给出的例子。

[0040] 实施例

[0041] 如图1、图2所示，本实施例的柔性力传感器曲率影响测试装置，包括支架01和待测的柔性力传感器(图中未示)，支架01支撑有水平轴02，水平轴02周向套设有曲面筒03和周向加载臂04，周向加载臂04与曲面筒03的一端固连；曲面筒03具有呈圆柱体的曲面筒主体05，周向加载臂04沿曲面筒主体05的径向延伸；曲面筒主体05的中心轴线与水平轴02的中心轴线重合，且周向加载臂04对称分布于水平轴02中心轴线的两侧；支架01还具有位于曲面筒03正上方的纵向通孔，纵向通孔内安置有径向加载杆06，径向加载杆06的中心轴线与曲面筒主体05的中心轴线垂直相交，径向加载杆06的上端为承载外部径向负荷的负荷承载端，径向加载杆06的下端具有弧面，弧面为一圆柱体的一部分，该圆柱体的中心轴线与曲面筒主体05的中心轴线重合，该圆柱体与曲面筒主体05的半径之差为柔性力传感器的厚度；
柔性力传感器位于径向加载杆06下端和曲面筒主体05之间，且柔性力传感器的中心与径向加载杆06的中心轴线重合；本实施例装置还包括至少一个带钩的砝码07，周向加载臂04的末端具有供砝码07钩挂的突起或挂孔；柔性力传感器的信号输出端与外部数据采集设备连接。

[0042] 曲面筒03、周向加载臂04分别与水平轴02构成具有轴向约束的转动副；径向加载杆06与纵向通孔构成具有水平约束的纵向移动副；支架01与水平轴02构成具有轴向约束的转动副。

[0043] 本实施例装置具有：将周向加载臂04的延伸方向调整为水平方向，将外部径向负荷加载于径向加载杆06负荷承载端，在径向加载杆06下端的作用下柔性力传感器与曲面筒主体05表面贴合的第一测试状态；以及，在第一测试状态的基础上，将预定砝码07挂在周向加载臂04末端的第二测试状态；当装置处于第一测试状态或第二测试状态时，通过外部数据采集设备采集柔性力传感器的输出数据。

[0044] 周向加载臂04呈片状且一体成型，周向加载臂04由两梯形片状件对称固连而成，两梯形片状件的长底边相互连接且连接处以弧线过渡，两梯形片状件的短底边呈弧线状且分别构成周向加载臂04的末端；周向加载臂04所处平面与水平轴02垂直。

[0045] 曲面筒03还具有连接台08，连接台08呈圆柱体且与曲面筒主体05同轴，连接台08的半径小于曲面筒主体05的半径，连接台08的一端经螺栓与周向加载臂04固连，连接台08的另一端与曲面筒主体05一体成型。

[0046] 具体而言，曲面筒03有一组，且各曲面筒03的曲面筒主体05具有不同的半径；径向加载杆06有一组，径向加载杆06与曲面筒03一一对应。

[0047] 支架01由分别呈块状的顶部件09、底部件10、第一侧边件11以及第二侧边件12构成，第一侧边件11与第二侧边件12平行；第一侧边件11、第二侧边件12的底端分别与底部件10固连，第一侧边件11、第二侧边件12的顶端分别与顶部件09固连；第一侧边件11、第二侧边件12分别具有通孔，通孔内分别设有支撑水平轴02的轴承。

[0048] 径向加载杆06的负荷承载端所承载的外部径向负荷13来源为外部重物或外部加压设备(如材料试验机)。

[0049] 采用上述装置的测试方法如下：

[0050] 第一步、先将曲面筒03与周向加载臂04固定连接再一并套在水平轴02上，将水平轴02支撑于支架01；调整周向加载臂04的延伸方向为水平方向；将待测的柔性力传感器安置在曲面筒主体05表面，将径向加载杆06穿过支架01的纵向通孔并压在柔性力传感器上，使柔性力传感器与曲面筒主体05表面贴合，且柔性力传感器的中心与径向加载杆06的中心轴线重合；

[0051] 第二步、以预定方法，在固定外部径向负荷13下以固定增量不断增加曲面筒03半径至预定最大半径，或者在固定外部径向负荷13且固定曲面筒03半径下以固定增量不断增加周向剪切负荷至预定最大周向剪切负荷，或者在固定曲面筒03半径下以固定增量不断增加径向加载杆06负荷承载端的外部径向负荷13至预定最大外部径向负荷13；同时，采集柔性力传感器的输出数据；

[0052] 预定方法为：通过更换不同半径的曲面筒03，使曲面筒03半径以固定增量不断增加；通过在周向加载臂04末端加载不同重量的砝码07，使周向剪切负荷以固定增量不断增加；通过在径向加载杆06负荷承载端加载不同重量的外部径向负荷13，使外部径向负荷13以固定增量不断增加；

[0053] 第三步、根据曲面筒03半径与相应的柔性力传感器输出数据，判断曲率变化对该柔性力传感器的影响程度；或者，根据周向负荷与相应的柔性力传感器输出数据，判断在固定曲率下周向剪切负荷对该柔性力传感器的影响程度；测试结束。

[0054] 试验案例

[0055] 采用上述实施例的装置及方法，其中，曲面筒03有10个，最小半径为10mm，最大半径为55mm，固定增量为5mm；相应的，径向加载杆06也有10个，与曲面筒03一一对应；柔性力传感器的厚度为2mm；径向加载杆06的自重分别为0.5kg；周向加载臂04的对称扭矩小于0.0001Nm，承载点力臂为10cm；测试过程中要求无振动干扰，且装置放置在水平台面上。

[0056] 柔性力传感器输出信号使用美国国家仪器公司Signal Express 2013软件和USB 6009数据采集卡(National Instruments Corporation,Austin,TX,USA)以1000Hz采样频率进行采集。

[0057] 试验结果如下：

[0058] 1、固定外部径向负荷13下曲面筒03半径变化的影响

[0059] 将柔性力传感器放在平面上，并在其上加载重量等同于径向加载杆06的压力，采集柔性力传感器的输出数据，作为无曲率数据。

[0060] 更换不同半径的曲面筒03，从半径10mm曲面筒03开始，每次增加5mm，直到半径55mm曲面筒03。同时，采集柔性力传感器的输出数据，作为曲率数据。计算各曲率数据与无曲率数据之间的差值，结果如图3所示。

[0061] 结果表明，小曲面半径会显著影响柔性力传感器数据输出数据的准确性，柔性力传感器输出数据的偏移量随着半径的减小而增大。当曲面半径小于20mm时，曲面半径对柔性力传感器输出数据的影响大幅增加，而当半径大于40mm时，曲面半径对柔性力传感器输出数据的影响不明显，柔性力传感器输出数据对曲面半径的敏感性大幅下降。由此可知，柔性力传感器适合于在平坦表面、以及在曲面半径大于约40mm的条件下进行测量。

[0062] 2、固定外部径向负荷13且固定曲面筒03半径下周向剪切负荷变化的影响[0063] 采用20mm半径的曲面筒03，外部径向负荷13为3Kg，周向剪切负荷从0.01Kg开始，每次增加0.01Kg，直到0.08Kg为止。同时，采集柔性力传感器的输出数据。结果如图4所示。该结果表明，随着周向剪切负荷的增加，对柔性力传感器输出数据的影响越来越明显。结合之前的试验可知，在小曲面半径条件下，柔性力传感器表面的周向剪切力能显著影响输出数据的准确性。

[0064] 除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

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柔性力传感器曲率影响测试装置及方法

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