[發明專利]一種具有過載保護裝置的毫-微牛級二維力微動測試系統

在審

• 申請號: 201910633083.0
• 申請日: 2019-07-15
• 公開（公告）號: CN110274722A
• 公開（公告）日: 2019-09-24
• 發明（設計）人: 王立新;李云鵬
• 申請（專利權）人: 河北科技大學
• 主分類號: G01L5/00
• 分類號: G01L5/00;G01L5/16;G01B7/02
• 代理公司: 石家莊新世紀專利商標事務所有限公司 13100
• 代理人: 張杰;徐瑞豐

本發明公開了一種具有過載保護裝置的毫微?牛級二維力微動測試系統，包括測試平臺組件、水平滾珠絲杠組件、水平測力傳感器組件、豎直滾珠絲杠組件以及連接在豎直滾珠絲杠組件上的豎直測力傳感器組件；水平測力傳感器組件設置有水平過載保護結構，豎直測力傳感器組件設置有豎直過載保護結構。本發明能夠測試仿生原型產生的毫?微牛級法向力、附著力、摩擦力、刺透力、剪切力等，同時能夠在測試量程、測試精度、測試準確性等方面滿足測試要求。該測試平臺及附屬機械機構為了防止平行雙簧片懸臂梁超過其形變范圍設計了過載保護裝置，同時平行雙簧片懸臂梁作為單獨的裝置，更換方便，提高了裝置的使用性和靈活性。

技術領域

本發明屬于力學測試技術，尤其涉及一種應用于機械仿生學領域中對仿生原型產生的小量程、高精度的力的測試，測試精度達微牛級的二維力微動測試系統及使用方法。

背景技術

機械化滑移捕集治理致災農業昆蟲技術研究過程中，需要仿生制備具有良好滑移功能的捕集滑板，實現被誘集致災農業昆蟲的滑移捕獲。對于捕集滑板的仿生研制，需要測試飛蛾、螞蟻、蝗蟲、甲蟲等昆蟲在仿生原型、捕集滑板等表面的附著力、摩擦力，以及需要測試昆蟲附著系統的剪切力、斷裂力、刺透力等，為仿生原型優選、捕集滑板滑移功能量化表征提供依據。因此，需要開發一種微力測試系統，專門用于測試仿生原型產生的毫-微牛級力。

中國專利CN100458388C公開了二維小量程力傳感器，能夠同時測量水平方向和垂直方向上的力，采用“井”型孔結構，很好的結合傳感器的制造工藝，其彈性體整體剛度高、安全性和可靠性高。但由于該傳感器的法向力、切向力的分辨力均是2 mN，量程范圍為0~5N，比較適合壁虎等體型較大動物腳掌產生的力，對于甲蟲、螞蟻等體型較小昆蟲所產生的力，該傳感器在精度方面并不能滿足需求。中國專利CN100412521C和CN100593697C公開了量程為0~1.5 N的三維力傳感器，具有結構簡單、靈敏度高等優點，能夠測量蜘蛛、壁虎爬行時的接觸力。該三維力傳感器的分辨力為1 mN，對于飛蛾、螞蟻等較小昆蟲產生的力，測試量程與測試精度仍舊不能滿足要求。

文獻“蝗蟲在捕集滑板上的附著力測試”[王立新，農業機械學報，2010，41(12):195-198]、“基于豬籠草葉籠滑移區仿生的蝗蟲滑移捕集滑板功效測試”[王立新，農業機械學報, 2011, 42(5): 222-225]、“Role of claws and pads in locust Locustamigratoria manilensis attaching to substrates”[Wang Lixin，Chinese ScienceBulletin，2011，56: 789-795]和“Friction force of locust Locusta migratoriamanilensis (Orthoptera, Locustidae) on slippery zones surface of pitchersfrom four Nepenthes species”[Wang Lixin，2011，Tribology Letters, 2011, 44:345-353]提及的測力系統，測試量程為0~3 N，測試精度1 mN，能夠滿足蝗蟲等較大昆蟲在測力表面產生的力的測量，對于螞蟻、飛蛾等體型較小昆蟲所產生的力，該測力系統并不能夠完全滿足測試的需求。此外，該系統的測試平臺及附屬機械結構過于簡單，在測試體型較小昆蟲的附著力、摩擦力，以及測試附著系統的剪切力時，容易引入人為操作誤差，明顯影響測試準確性。中國專利CN103308232B公開了一種昆蟲微力測量裝置，其量程為0~3 N，分辨力為0.5 mN，在測試量程、測試精度、測試準確性等方面能夠同時滿足昆蟲在材料表面產生的附著力、摩擦力、牽引力的測試需求，以及能夠滿足昆蟲附著系統的剪切力、斷裂力的測試需求，但是該測力裝置只能測試一維力，不能完成法向力、摩擦力的同時測量。