[發(fā)明專利]過約束大量程并聯(lián)六維測力平臺

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910075789.6
• 申請日: 2009-10-23
• 公開（公告）號: CN101694407A
• 公開（公告）日: 2010-04-14
• 發(fā)明（設計）人: 趙鐵石;趙延治;丁長濤;盧建國
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: G01L1/00
• 分類號: G01L1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明涉及一種多維力的測量，特別是涉及該領域中有關過約束大量程并聯(lián)六維力測力平臺。?

背景技術

六維力傳感器能夠測量空間三維力和力矩的大小，在測力信息要求豐富、測力精度要求高的場合如零力示教、輪廓跟蹤、雙手協(xié)調、精密柔性裝配、多指靈巧手、機器人力反饋等領域有著廣泛的應用前景。近年來，隨著航空航天領域的快速發(fā)展，能在大加載面上測量大噸位力和力矩的六維測力裝置已成為目前急需高科技產品之一。這種測力裝置通常稱為大量程、大測力板六維測力平臺，在推力試驗、試飛實驗和風洞實驗等航空航天領域有著重要的應用。世界各發(fā)達國家都非常重視這種測力平臺的研制工作，是涉及國家安全、經(jīng)濟發(fā)展和科技進步的關鍵技術之一。?

在多維力的測量領域，目前相關產品多為在較小加載面內測量六維力的傳感器。多維力傳感器研制的關鍵是力敏感元件的結構設計，為此人們已提出了一些實現(xiàn)方案，例如，中國專利ZL93224329.0公開了一種具有十字梁結構的六維力傳感器，采用一體化結構，具有剛度高、結構緊湊等優(yōu)點。ZL200810025591.2公開了一種正交串聯(lián)線彈性體式六維力傳感器結構，具有結構簡單易于微型化等優(yōu)點，但以上兩種傳感器結構均具有一定程度的維間耦合。中國專利ZL99102421.4公開了一種并聯(lián)解耦結構六維力與力矩傳感器，分布在第一平臺三個側面上且相互垂直的六個彈性體分別通過彈性鉸鏈與第一平臺和第二平臺相連接，力敏感元件是一次加工成型的非組裝件，其具有剛度高、結構緊湊等優(yōu)點，但受到彈性鉸鏈的結構及強度限制，該一體化傳感器結構難以實現(xiàn)大量程多維力測量的要求。上述六維力傳感器結構較適用于小量程六維力傳感器結構，但將其應用于大量程多維力測量，會帶來嚴重的維間耦合等問題，無法滿足大噸位、大測力板多維測力的需求。?

中國專利CN101149299公開的一種可以測量大噸位力或力矩的六維力傳感器，其利用三維力石英晶片組整體組裝來實現(xiàn)六維大力測量，但同樣存在著維間耦合嚴重測量精度不高的問題。專利ZL99102526.1，ZL200710061531.1，ZL200710061521.8分別公開了以預緊式并聯(lián)結構為彈性體的六維力傳感器，其采用球窩錐頭式球面副代替?zhèn)鹘y(tǒng)球鉸，并通過中間支路或預緊平臺進行整體預緊。該六維力傳感器結構消除了球面副的間隙，降低了各球面副的摩擦力矩，具有便于預緊等優(yōu)點，但測量載荷量程受到所加預緊力的限制，因此難以應用于大噸位六維力傳感器結構上。因此到目前為止，高精度大噸位多維力測量的力敏元件仍是急待解決的關鍵問題之一。?

近年來隨著對大量程多維力測量需求的增加，一類能在大的加載面上進行大量程多維力測量的裝置，即大量程大測力板多維測力平臺成為當前急需的高科技產品之一。實現(xiàn)大測力板多維測力有兩種解決方案：一是通過在一個多維力傳感器測量頭上直接安裝測力板實現(xiàn)大加載面的方案；二是通過將測力板與多個一維或多維傳感器相連接構建大加載面。第一種方案實現(xiàn)簡單，但目前單個多維力傳感器難以滿足高精度大量程多維測力的需求。第二種方案由于采用多個一維或多維傳感器連接測力板與支撐框，非常適合實現(xiàn)大加載面和大量程，因此是研發(fā)大噸位、大測力板測力平臺的一個很好結構模型。但是由于目前常見結構多采用六分支測力支鏈連接測力板與支撐框，而限制了這種六分支測力平臺的剛度和量程。同時由于現(xiàn)有方案未考慮關節(jié)摩擦等因素的影響，因此無論是在量程和測量精度方面都尚未滿足實際需求。?

發(fā)明內容

為克服大量程六維力傳感器現(xiàn)有技術中的上述不足，本發(fā)明提供了一種過約束大量程并聯(lián)六維測力平臺，該測力平臺具有較高的結構剛度，易于實現(xiàn)大測力板，大量程六維力高精度測量，特別適用于重載測量場合。?

本發(fā)明解決上述技術問題所采用的技術方案是：過約束大量程并聯(lián)六維測力平臺由測力板、測力框、支撐框及其若干條測力支鏈組成。測力框和支撐框通過若干條測力支鏈相連接，測力支鏈分布在測力框的五個面上，其中部分測力支鏈與測力框底面相連接，且支鏈的中心線垂直于測力臺底面，其余測力支鏈分布于測力框四周與其四個側面相連接，且中心線分別垂直于相應的側面。安裝在同一面上測力支鏈的中心線相互平行，安裝在相鄰面上測力支鏈的中心?線相互垂直。測力支鏈由與測力框連接的上球鉸、具有偏載輸出功能的拉壓力傳感器和與支撐框連接的下球鉸連接構成。測力板、測力支鏈和支撐框構成過約束空間并聯(lián)機構。此外，分布在測力框底面和四個側面上測力支鏈的數(shù)量都可根據(jù)被測方向載荷的增大而相應增多，從而提高測力平臺的剛度，增大量程范圍。同時通過對多測力分支冗余測量信息的觀測，提高測量精度。?