[發明專利]一種用于六維力傳感器標定裝置的標定方法

無效

• 申請號: 200810020511.4
• 申請日: 2008-01-30
• 公開（公告）號: CN101226094A
• 公開（公告）日: 2008-07-23
• 發明（設計）人: 申飛;吳仲城;沈春山;吳寶元
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G01L25/00
• 分類號: G01L25/00
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司
• 代理人: 趙曉薇

技術領域??本發明涉及自動化領域，特別涉及傳感器領域中的一種適用于大量程、大尺寸六維力傳感器標定裝置的標定方法。

背景技術??六維力傳感器能夠同時檢測三維空間的全力信息，即三維力信息(Fx、Fy、Fz)和三維力矩信息(Mx、My、Mz)，主要應用在力及力/位置控制場合，如輪廓跟蹤、精密裝配、雙手協調、試驗系統中的六維力信息檢測等，尤其是在航空機器人、宇宙空間站對接仿真、火箭發動機推力測試等領域，大量程六維力傳感器發揮了極其重要的作用。

傳感器的測量精度是評定傳感器最重要的性能指標之一，其誤差包括隨機誤差和系統誤差。對于六維力傳感器來說，其隨機誤差主要是由內部信號處理電路、量化誤差、外界干擾等因素引起；系統誤差則主要是由標定系統的標定精度所決定，六維力傳感器由于其本身機械結構的復雜性，以及傳感器在制造、粘貼應變片等加工工藝環節存在誤差，傳感器的各輸入輸出通道之間存在相互耦合的問題，需要通過標定確定各個方向輸入輸出的耦合關系，計算其耦合矩陣，并通過解耦補償各維之間耦合帶來的影響。因此傳感器標定裝置的設計和標定方法的研究至關重要，其標定精度將直接影響其使用時的測量精度。

六維力傳感器的標定就是通過對六維力傳感器施加空間坐標系中獨立的力/力矩，或是線性無關的多個力/力矩，讀取六維力傳感器在各種狀態下標定時的輸出，計算得到耦合矩陣。根據實際應用需求，六維力傳感器的標定分為靜態標定和動態標定，靜態標定主要用于檢測傳感器的靜態性能指標，如靜態靈敏度、非線性、回差、重復性等；動態標定主要用于檢測傳感器的動態特性，如動態靈敏度、頻率響應和固有頻率等。

目前六維力傳感器靜態標定所采用的加載方式主要有測力環式和砝碼式兩種。其中測力環式加載采用頂桿方式，由測力環讀出加載力值，這種加載允許有較大的加載力，但讀數精度較低，高精度的測力環則價格昂貴。砝碼式標定是采用等級砝碼提供標準加載力，直接用等級砝碼作為基準，力值精度較高，在中、小量程六維力傳感器的標定中使用比較普遍，但是不適合大量程六維力傳感器的標定。

對于大量程六維力傳感器的標定裝置來說，由于空間尺寸大，要保證足夠的標定精度，除了存在材料處理、加工精度保證等方面的困難外，如何實現對各維力/力矩分量的獨立加載也是一個棘手的問題。

在現有技術中有多種結構的傳感器標定測試裝置，專利號為CN1715856的“無級升降式六維力傳感器標定裝置”和專利號為CN100337105C的“并聯六維力傳感器標定裝置”等，經檢索查新，其中專利號為CN100337105C的專利是最接近的專利技術。它具體公開了一種并聯六維力傳感器標定裝置，包括長短框組成的龍門式支撐框架、加載減速機、標準單向力傳感器、加載坐標十字架、標定裝置固定平臺、載荷傳遞繩索和滑輪組，標定裝置采用大速比減速機來施加載荷，采用龍門式結構作支撐框架。

現有技術中的標定裝置及標定方法存在著不足之處，其一，標定裝置通過調整載荷傳遞繩索與水平面之間的角度來改變施加載荷的方向，在體積較大或者繩索較長時，調整載荷傳遞繩索與水平面之間的角度很難保證足夠的精度，從而使施加的載荷具有較大的方向誤差，將直接影響標定精度；其二，標定裝置中采用滑輪來施加載荷，而滑輪具有摩擦力，此摩擦力會造成比較大的加載誤差，從而影響標定精度；其三，標定裝置中對六維力傳感器施加的是復合力/力矩，無法實現對各維力/力矩分量的獨立加載。

發明內容??本發明的目的是：避免上述現有技術中六維力傳感器標定測試裝置及標定方法的不足之處，提供一種使用簡單、操作方便、標定精度高的標定方法，適用于大量程、大尺寸六維力傳感器的標定和測試。

本發明的技術方案是：

一種用于六維力傳感器標定裝置的標定方法，特別是：設定標準單維力傳感器和第一千斤頂、第二千斤頂、第三千斤頂、第四千斤頂對分別六維力傳感器進行加載，通過加載位置的改變實現各個力/力矩分量的獨立加載，加載時，標準單維力傳感器前面的加載帽與加載板上的側面加載孔或正面加載孔剛性接觸，通過標準單維力傳感器測量實際加載力的大小，該方法是按以下步驟完成的：

先將六維力傳感器標定裝置安裝好，并檢測第一千斤頂、第二千斤頂、第三千斤頂與底座的垂直度，第四千斤頂與千斤頂固定支座的垂直度；

設定重力校準六維力傳感器的標定坐標系；

設定第一千斤頂、第二千斤頂、第三千斤頂對六維力傳感器的Fx、Fy、Mz進行加載標定，并記錄數據；

設定第四千斤頂對六維力傳感器的Fz、Mx、My進行加載標定，并記錄數據；