[發明專利]六維力傳感器標定裝置及其加載單元

有效

• 申請號: 201310659320.3
• 申請日: 2013-12-09
• 公開（公告）號: CN103616128A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發明（設計）人: 吳衡毅;吳久峰;嵇治剛;于德洋;董河瑩;叢暉;秦威
• 申請（專利權）人: 中國航天空氣動力技術研究院
• 主分類號: G01L25/00
• 分類號: G01L25/00
• 代理公司: 北京五洲洋和知識產權代理事務所(普通合伙) 11387
• 代理人: 劉春成;張向琨

技術領域

本發明屬于傳感器標定技術領域，具體而言，本發明特別涉及一種大量程的六維力傳感器標定裝置及其加載單元。

背景技術

六維力傳感器可以同時檢測物體在三維空間中各個方向上所受的力和力矩的狀況，從而確定該物體的受力狀態。由于六維力傳感器具有測力信息豐富、測量精度高的特點，使其廣泛應用于機器人、生物醫學、汽車制造、航空航天等領域。近年來，隨著上述領域內各項技術的飛速發展，大量程六維力傳感器的使用量也迅速增加，對傳感器的精度要求也越來越高。

傳感器標定裝置是檢驗傳感器性能的重要儀器，任何傳感器只有經過標定才能正常使用，經過標定得到的傳感器精度是傳感器的重要性能指標之一。對于六維力傳感器而言，由于受電阻應變計的原理所限，傳感器六個分量的輸出之間會有相互影響，所以設計一種能同時對六個分量進行任意組合加載的標定裝置對確定六維力傳感器的耦合關系非常重要，直接影響六維力傳感器的測量精度。

目前，行業內普遍使用的六維力標定裝置主要采用滑輪導向，砝碼加載的方式。這種加載方式具有精度高的特點，但受人力加載所限，僅適用于小量程的六維力傳感器。

在現有的各種六維力傳感器標定裝置中，公開號為CN100337105和公開號為CN101226095的兩項專利及專利申請公開兩種標定裝置。分析二者及其他標定裝置發現，目前的標定裝置存在多處不足之處：

a）現有的標定裝置多數通過滑輪調整載荷傳遞繩索與水平面之間的角度來改變載荷施加的方向，中間環節過多，角度的測量誤差及滑輪與繩索之間的摩擦力都會影響加載精度。

b）部分標定裝置采用測力環加載或者千斤頂加載，這兩種加載方式對被測傳感器施加的是壓向載荷，在壓頭部位由于摩擦力的存在會產生不可測量的側向力，影響測量精度。

c）在標定大量程六維力傳感器時，現有的標定裝置采用大速比減速機或者千斤頂手動進行加載，這兩種方式加載的載荷不夠穩定，且均不能現同時對六個分量實施任意組合的同時加載。受加載方式的限值，這兩種方式卸載時只能一次性卸載到零點，無法進行回程的卸載標定。

發明內容

本發明的目的在于提供一種六維力傳感器標定裝置及其加載單元，以解決現有技術存在的加載精度有待提高、不易實現任意組合加載的問題。

為了解決上述問題，本發明提供一種用于六維力傳感器標定裝置的加載單元，其技術方案為：

一種用于六維力傳感器標定裝置的加載單元，其包括：伺服電機，用于根據控制指令在其輸出軸輸出旋轉運動；傳動機構，輸入端與所述伺服電機的輸出軸連接，用于將所述伺服電機輸出的旋轉運動轉化為直線運動；標準力傳感器，設于所述傳動機構的輸出端，用于檢測所述伺服電機所加載荷；拉桿，第一端和所述標準力傳感器連接，第二端伸入一套筒內部并沿著所述套筒的長度方向延伸；彈簧，位于所述套筒內，并套設于所述拉桿上，所述彈簧的第一端限定在所述套筒第一端內部，所述拉桿的第二端與所述彈簧的第二端連接。

優選地，在上述加載單元中，還包括：第一關節軸承，連接于所述標準力傳感器和拉桿的第一端之間；第二關節軸承，連接于所述套筒的第二端，用于和六維力傳感器標定裝置的加載件連接。

優選地，在上述加載單元中，還包括：推力球軸承，設于所述拉桿和彈簧的第二桿，所述拉桿的第二端通過所述推力球軸承與所述彈簧的第二端連接，以減少摩擦。

優選地，在上述加載單元中，所述傳動機構為絲杠減速機，所述伺服電機輸出的旋轉運動由所述絲杠減速機轉換為絲杠沿坐標系的直線運動。

為了解決上述問題，本發明提供一種用于六維力傳感器標定裝置，其技術方案為：

一種六維力傳感器標定裝置，包括用于對六維力傳感器的六個維度施加載荷的加載單元、用于固定六維力傳感器的轉接組件，其中，所述加載單元為上述任一所述的加載單元，所述加載單元的所述套筒第二端與所述轉接組件連接；所述加載單元為十八個，其中，各通過一個所述加載單元控制六維力傳感器的Fx、Fy、Fz三個方向的正、負向加載，各通過兩個所述加載單元控制六維力傳感器的Mx、My、Mz三個方向的正、負向加載。

優選地，在上述六維力傳感器標定裝置中，所述轉接組件包括加載板、轉接板，所述加載板和轉接板分別用于和六維力傳感器的兩端固定，所述加載板與所述加載單元的所述套筒第二端相連。

優選地，在上述六維力傳感器標定裝置中，還包括：標定臺面，呈箱形結構；所述轉接組件位于所述標定臺面內部，十八個所述加載單元設于所述標定臺面的六個側面。