[發(fā)明專利]一種中等量程的六維力傳感器標(biāo)定裝置

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810024918.4
• 申請(qǐng)日: 2008-05-01
• 公開（公告）號(hào): CN101571441A
• 公開（公告）日: 2009-11-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 申飛;吳仲城;沈春山;吳寶元
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)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)域中的一種中等量程的六維力傳感器標(biāo)定裝置。

背景技術(shù)

六維力傳感器能夠同時(shí)檢測(cè)三維空間的全力信息，即三維力信息(Fx，F(xiàn)y，F(xiàn)z)和三維力矩信息(Mx，My，Mz)，主要應(yīng)用在力及力/位置控制場(chǎng)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(cè)等。

傳感器的測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)力環(huán)式和砝碼式兩種。其中測(cè)力環(huán)式加載采用頂桿方式，由測(cè)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(cè)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，在中等量程、小量程六維力傳感器的標(biāo)定中使用比較普遍。

在現(xiàn)有技術(shù)中有多種結(jié)構(gòu)的傳感器標(biāo)定測(cè)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(zhǎng)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(zhǎng)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；其四，對(duì)于中等量程六維力傳感器的標(biāo)定來說，由于滑輪、傳遞繩索等引起的誤差較大，直接影響六維力傳感器的標(biāo)定精度。

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(cè)試裝置的不足之處，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、標(biāo)定精度高、適合對(duì)中等量程的六維力傳感器進(jìn)行精確標(biāo)定和測(cè)試的裝置。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種中等量程的六維力傳感器標(biāo)定裝置，包括回轉(zhuǎn)臺(tái)基座上依次機(jī)械連接的回轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)盤、轉(zhuǎn)接板、六維力傳感器、加載板，特別是：

回轉(zhuǎn)臺(tái)基座通過螺栓垂直安裝在工作臺(tái)的一端，工作臺(tái)固定安裝在工作臺(tái)支座上，工作臺(tái)的上面鑿有一個(gè)圓形光孔；

回轉(zhuǎn)臺(tái)基座的前面置有回轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)盤，回轉(zhuǎn)臺(tái)基座的側(cè)面置有回轉(zhuǎn)臺(tái)手柄，回轉(zhuǎn)臺(tái)基座、回轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)盤和回轉(zhuǎn)臺(tái)手柄組成一個(gè)立式回轉(zhuǎn)臺(tái)；

轉(zhuǎn)接板通過螺釘連接在回轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)盤的一組轉(zhuǎn)接板安裝孔上，六維力傳感器通過螺釘連接在轉(zhuǎn)接板的轉(zhuǎn)接板傳感器安裝孔上，六維力傳感器和轉(zhuǎn)接板之間通過轉(zhuǎn)接板傳感器定位銷進(jìn)行定位連接；

加載板通過螺栓連接在六維力傳感器的一組加載板傳感器安裝孔上，加載板和六維力傳感器之間通過傳感器定位銷和加載板定位孔進(jìn)行定位；

加載板的一面置有一組背面加力桿和一個(gè)加載板定位孔，另一面置有一組正面加力桿和一個(gè)中心加力桿；