[發(fā)明專利]六維力傳感器標(biāo)定裝置

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810020512.9
• 申請(qǐng)日: 2008-01-30
• 公開（公告）號(hào): CN100529703C
• 公開（公告）日: 2008-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳仲城;申飛;吳寶元;沈春山
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院
• 主分類號(hào): G01L25/00
• 分類號(hào): G01L25/00
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 趙曉薇

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及自動(dòng)化領(lǐng)域，特別涉及傳感器領(lǐng)域中適用于大量程、大尺寸的六維力傳感器標(biāo)定裝置。

背景技術(shù)

六維力傳感器能夠同時(shí)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(yīng)用在力及力/位置控制場合，如輪廓跟蹤、精密裝配、雙手協(xié)調(diào)、試驗(yàn)系統(tǒng)中的六維力信息檢測等，尤其是在航空機(jī)器人、宇宙空間站對(duì)接仿真、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推力測試等領(lǐng)域，大量程六維力傳感器發(fā)揮了極其重要的作用。

傳感器的測量精度是評(píng)定傳感器最重要的性能指標(biāo)之一，其誤差包括隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差。對(duì)于六維力傳感器來說，其隨機(jī)誤差主要是由內(nèi)部信號(hào)處理電路、量化誤差、外界干擾等因素引起；系統(tǒng)誤差則主要是由標(biāo)定系統(tǒng)的標(biāo)定精度所決定，六維力傳感器由于其本身機(jī)械結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，以及傳感器在制造、粘貼應(yīng)變片等加工工藝環(huán)節(jié)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(biāo)定確定各個(gè)方向輸入輸出的耦合關(guān)系，計(jì)算其耦合矩陣，并通過解耦補(bǔ)償各維之間耦合帶來的影響。因此傳感器標(biāo)定裝置的設(shè)計(jì)和標(biāo)定方法的研究至關(guān)重要，其標(biāo)定精度將直接影響其使用時(shí)的測量精度。

六維力傳感器的標(biāo)定就是通過對(duì)六維力傳感器施加空間坐標(biāo)系中獨(dú)立的力/力矩，或是線性無關(guān)的多個(gè)力/力矩，讀取六維力傳感器在各種狀態(tài)下標(biāo)定時(shí)的輸出，計(jì)算得到解耦矩陣。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求，六維力傳感器的標(biāo)定分為靜態(tài)標(biāo)定和動(dòng)態(tài)標(biāo)定，靜態(tài)標(biāo)定主要用于檢測傳感器的靜態(tài)性能指標(biāo)，如靜態(tài)靈敏度、非線性、回差、重復(fù)性等；動(dòng)態(tài)標(biāo)定主要用于檢測傳感器的動(dòng)態(tài)特性，如動(dòng)態(tài)靈敏度、頻率響應(yīng)和固有頻率等。

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

對(duì)于大量程六維力傳感器的標(biāo)定裝置來說，由于空間尺寸大，要保證足夠的標(biāo)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(shí)現(xiàn)對(duì)各維力/力矩分量的獨(dú)立加載也是一個(gè)棘手的問題。

在現(xiàn)有技術(shù)中有多種結(jié)構(gòu)的傳感器標(biāo)定測試裝置，專利號(hào)為CN1715856的“無級(jí)升降式六維力傳感器標(biāo)定裝置”和專利號(hào)為CN100337105C的“并聯(lián)六維力傳感器標(biāo)定裝置”等，經(jīng)檢索查新，其中專利號(hào)為CN100337105C的專利是最接近的專利技術(shù)。它具體公開了一種并聯(lián)六維力傳感器標(biāo)定裝置，包括長短框組成的龍門式支撐框架、加載減速機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)單向力傳感器、加載坐標(biāo)十字架、標(biāo)定裝置固定平臺(tái)、載荷傳遞繩索和滑輪組，標(biāo)定裝置采用大速比減速機(jī)來施加載荷，采用龍門式結(jié)構(gòu)作支撐框架。

現(xiàn)有技術(shù)中的標(biāo)定裝置存在著不足之處，其一，標(biāo)定裝置通過調(diào)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(shí)，調(diào)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(biāo)定精度；其二，標(biāo)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(huì)造成比較大的加載誤差，從而影響標(biāo)定精度；其三，標(biāo)定裝置中對(duì)六維力傳感器施加的是復(fù)合力/力矩，無法實(shí)現(xiàn)對(duì)各維力/力矩分量的獨(dú)立加載。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是：避免上述現(xiàn)有技術(shù)中六維力傳感器標(biāo)定測試裝置的不足之處，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、標(biāo)定精度高、適用于大量程、大尺寸六維力傳感器的標(biāo)定裝置。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：六維力傳感器標(biāo)定裝置，包括相互機(jī)械連接的傳感器固定支座、轉(zhuǎn)接板、六維力傳感器、加載板、標(biāo)準(zhǔn)單維力傳感器和底座，特別是：

六維力傳感器左邊通過一組轉(zhuǎn)接板傳感器安裝孔安裝在轉(zhuǎn)接板上，轉(zhuǎn)接板通過一組轉(zhuǎn)接板安裝孔安裝在傳感器固定支座上，六維力傳感器右邊通過一組傳感器安裝孔和一組加載板傳感器安裝孔與加載板剛性連接，加載板上置有上、下、左、右四組側(cè)面加載孔、一組正面加載板傳感器安裝孔和一組正面加載孔；

加載板的下方置有三個(gè)千斤頂，分別為第一千斤頂、第二千斤頂和第三千斤頂，第一千斤頂、第二千斤頂和第三千斤頂?shù)纳厦娣謩e與標(biāo)準(zhǔn)單維力傳感器剛性連接，標(biāo)準(zhǔn)單維力傳感器的前面置有加載帽，第一千斤頂、第二千斤頂和第三千斤頂均安裝在底座上；