[發明專利]空間站機械臂六維力傳感器高精度小型化在軌標定裝置及標定方法

有效

• 申請號: 202010216824.8
• 申請日: 2020-03-25
• 公開（公告）號: CN111351615B
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發明（設計）人: 宋愛國;楊述焱;徐寶國;周永輝;譚啟蒙;梁常春;韋明;王春慧;李凡;張遂南
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01L25/00
• 分類號: G01L25/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 石艷紅

1.一種空間站機械臂六維力傳感器高精度小型化在軌標定方法，采用在軌標定裝置進行標定，

其特征在于：在軌標定裝置包括固定支架、三個施力裝置和正方形受力塊；

固定支架呈倒置的“π”型，包括一塊橫板和垂直設置在橫板上的兩塊豎板；兩塊豎板與橫板之間形成縱截面呈U型的標定腔；

三個施力裝置分別為第一施力裝置、第二施力裝置和第三施力裝置，且均位于標定腔內；第一施力裝置和第二施力裝置分別按照在兩塊豎板相向的一側，且在對應豎板上的高度位置能夠調整；第三施力裝置安裝在橫板的上表面中心；

每個施力裝置均包括施力頭、單軸拉壓力傳感器、力源組件和緊固組件；

力源組件包括從上至下依次同軸設置的上支撐板、第二電極板、壓電陶瓷片、第一電極板和下支撐板；上支撐板通過緊固組件安裝在下支撐板上，并將第二電極板、壓電陶瓷片和第一電極板彈性壓緊在上支撐板和下支撐板之間；

單軸拉壓力傳感器安裝在上支撐板頂部中心，施力頭安裝在單軸拉壓力傳感器頂部中心，且呈半球形；

正方形受力塊安裝在待標定的六維力傳感器頂部，六維力傳感器安裝在機械臂末端；正方形受力塊能在機械臂的帶動下，伸入標定腔內，并與三個施力裝置中的三個施力頭相接觸；單軸拉壓力傳感器的精度高于待標定六維力傳感器的精度；

在軌標定方法，包括如下步驟：

步驟1，對X方向作用力的標定，包括如下步驟：

步驟11，安裝施力裝置：將第一施力裝置和第二施力裝置的軸線安裝在同一高度，第三施力裝置安裝在橫板的上表面中心；

步驟12，安裝正方體受力塊：將正方形受力塊安裝在待標定的六維力傳感器頂部，六維力傳感器安裝在機械臂末端；機械臂動作，將正方形受力塊伸入標定腔內，并與三個施力裝置中的三個施力頭相接觸；此時，需使六維力傳感器的X軸方向與第一施力裝置的軸向平行，六維力傳感器的Z軸方向與第三施力裝置的軸向重合；

步驟13，標定X正向作用力：通過控制第一施力裝置，對正方體受力塊施加多組作用力，記錄第一施力裝置中單軸拉壓力傳感器和六維力傳感器的數據，從而實現X正向作用力的標定；其中，第一施力裝置對正方體受力塊施加多組作用力的方法為：向第一施力裝置中的第一電極板和第二電極板間施加設定的電壓，由于壓電效應，兩極板間的若干壓電陶瓷片將產生設定的X正向位移，且位移量與電壓大小相關；由于第一施力裝置中的施力頭與正方體受力塊相接觸，故而，X正向位移將轉化為對正方體受力塊施加的X正向作用力，且X正向作用力的數值與電壓大小相關；第一施力裝置中單軸拉壓力傳感器對施加的X正向作用力進行實時檢測并反饋，通過控制電壓的大小就能調整X正向作用力的大小值；

步驟14，標定X負向作用力：第一施力裝置復位，通過控制第二施力裝置，對正方體受力塊施加多組X負向作用力，記錄第二施力裝置中單軸拉壓力傳感器和六維力傳感器的數據，從而實現X負向作用力的標定；

步驟2，對Y方向作用力的標定，包括如下步驟：

步驟21，調整正方體受力塊的受力方向：第一施力裝置和第二施力裝置均復位，轉動機械臂，使得六維力傳感器的Z軸方向與第三施力裝置的軸向重合，且六維力傳感器的Y軸方向與第一施力裝置的軸向平行；

步驟22，標定Y向作用力：采用與步驟13和步驟14相同的方法，通過控制第一施力裝置，實現Y正向作用力的標定；通過控制第二施力裝置，從而實現Y負向作用力的標定；

步驟3，對Z方向作用力的標定：第一施力裝置和第二施力裝置均復位，在六維力傳感器的Z軸方向與第三施力裝置軸向重合的情況下，控制第三施力裝置對正方體受力塊施加多組Z方向作用力，記錄第三施力裝置中單軸拉壓力傳感器和六維力傳感器的數據，由此實現Z向作用力的標定。