CN102773822A - 一种具有智能诱导功能的扳手系统及测量方法和诱导方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有智能诱导功能的扳手系统及测量方法和诱导方法，扳手系统包括扳手本体、扳手位置跟踪器、电阻应变片、测量电路板、无线通信电路板、供电电池、上位计算机、眼镜结构的增强现实头盔显示器和安装在显示器上的方位跟踪器。本发明的系统和方法具有螺栓装配连接智能诱导功能，能够智能识别操作者将要拆装的螺栓，并提示与之有关的装配连接工艺，实现诱导信息的智能保存、输送，可提高拆装效率、减少拆装失误，特别适用于有大量螺栓连接的大型设备的装配、维修和抢修等操作。

Description

一种具有智能诱导功能的扳手系统及测量方法和诱导方法

技术领域

本发明涉及一种具有智能诱导功能的扳手系统及测量、诱导方法，属于制造业信息化交叉领域，尤其与扳手设计、快速维修、增强现实、人机交互和装配技术相关。

背景技术

扳手是机械设备拆卸和装配(以下简称拆装)中应用最多的工具之一，传统的扳手的功能仅停留在“在人或者动力机(如电机、液压等)的作用下向螺栓或螺母施加一定的力矩，完成零件的拆装功能”，不具有拆装诱导功能，即当操作者要操作某一螺栓时，扳手无法自动提示与之有关的拆装工艺(如旋转方向、对螺栓施加的转矩、对螺栓施加的转角等)，必须由操作者查询装配工艺手册确定拆装装配工艺，操作者边拆装边查询装配工艺手册，注意力需要在手册和设备之间频繁切换，易受周围环境影响，这不仅降低了拆装效率而且极易造成拆装差错。

另外在缺乏维修工艺的复杂机械设备中，往往会出现设备维修后难以恢复其维修前的性能，出现漏油、漏气和振动等问题，这主要是由维修中的装配连接工艺不能满足要求引起的，因此若一种扳手能够自动记录产品的拆卸工艺，并在装配中自动向操作者提示装配工艺，必将大大提高产品维修后的性能和维修效率。

综上可以看出，为提高产品的效率和维修的质量，迫切需要一种具备诱导功能的扳手系统，该扳手能够记录每一个螺栓螺母的拆卸工艺，装配中能智能识别操作者的拆装意图，并提示与之有关的装配连接工艺。

诱导信息的显示是实现具备拆装诱导功能的扳手的关键之一，传统的数码管、LED显示屏、仪表盘等不能满足诱导信息显示的需要，例如扳手在狭小封闭空间中操作时操作者无法观察当前的转矩值和转角值，扳手旋转时显示字体的方向也会发生变化等。增强现实技术为上述问题提供了良好的解决方法，增强现实技术是在虚拟现实技术的基础上发展起来的，它能够将计算机生成的虚拟信息通过注册技术准确叠加到真实环境上，使用户在增强现实显示设备上看到一个虚实融合的环境，具有虚实融合和交互的特点。增强现实显示设备可以像眼镜一样戴在操作者的眼睛上，结构小巧、可便携，因此在各种操作诱导中具有广泛的应用前景。

现有的基于增强现实的装配诱导研究中，文章“Evaluating the Benefits of Augmented Reality forTask Localization in Maintenance of an Armored Personnel Carrier Turret”中ARMAR系统使用戴在手腕上的便携式电子设备手动查询下一步操作及其相关的信息，并将其显示在增强现实设备上。文章“An augmented reality system for training and assistance to maintenance in the industrial context”中的STARMATE系统和“Demonstration of Assembly Work Using Augmented Reality”中的VTT系统通过识别语音命令从数据中查询下一步操作所需的信息。以上系统虽然实现了虚拟信息和真实场景的增强现实叠加，但尚未达到诱导的层次。使用中操作者需手动操作计算机设备或以语音识别的方式从数据库中搜索所需信息，因此是以计算机为中心的诱导系统，这样不仅不适用于噪杂的环境，而且分散了操作者的注意力，因此如何智能识别零件装配的开始和结束，实现诱导信息的智能输送，建立以操作者为中心的诱导系统需要进一步深入探索，本发明将使用扳手工具智能判断装配工艺的开始和结束，实现诱导信息的自动-智能输送。

增强现实注册是增强现实技术的关键，增强现实注册的目标是通过跟踪观察者头部CCD相对于世界坐标系的方位建立观察虚拟信息的虚拟视点的位置，从而将虚拟模型、虚拟信息准确地叠加在真实环境中，实现虚拟场景和真实场景位置的一致性。当前增强现实注册方法可以分为六类：机械跟踪法、电磁跟踪法、超声波跟踪法、GPS跟踪法、惯性方向跟踪法及光学跟踪法。其中电磁跟踪法和超声波跟踪法的成本低、精度高，但易受周围磁场、金属物体反射的影响。GPS位置跟踪法跟踪范围大，不需要专门的发射装置，但其精度较低，单个民用GPS的定位精度为十几米，差分GPS的精度也仅为20厘米左右。惯性方向跟踪法不需要外部发射装置，但只能跟踪方向和加速度，但积分运算得到的位置存在积分累计误差；光学跟踪法应用最为广泛，其优点是跟踪精度高，但跟踪范围小，易受遮挡、光线变化等影响，并且当物理环境中物体或标识改变位置时会引起较大的跟踪误差，甚至跟踪失败，不适合场景变化较大的动态环境。

发明内容

基于以上所述现有技术存在的问题和不足，本发明的目的在于提供一种具有智能诱导功能的扳手系统及测量方法和诱导方法，本发明的系统和方法能够在产品拆卸过程中自动将螺栓、螺母、螺钉(以下简称螺栓)等的拆卸工艺(装配力矩、转角、旋转方向等)记录在数据库中；在产品装配过程中，能够智能识别操作者将要操作的螺栓，并从数据库中查询推理其装配连接工艺，并将拆卸工艺通过增强现实技术直接叠加在真实拆装场景上。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种具有智能诱导功能的扳手系统，所述扳手系统包括扳手本体、扳手位置跟踪器、三个电阻应变片、测量电路板、无线通信电路板、供电电池、上位计算机、眼镜结构的增强现实头盔显示器和增强现实头盔显示器方位跟踪器；所述扳手本体包括固定鄂、活动鄂和扳手手柄；所述扳手位置跟踪器、电阻应变片、测量电路板、无线通信电路板、供电电池安装在扳手手柄上，所述电阻应变片通过导线与所述测量电路板连接，所述测量电路板与所述无线通信电路板连接，所述无线通信电路板将测量结果以无线通讯的方式发送给上位计算机；眼镜结构的增强现实头盔显示器戴在操作者眼睛上，在其上面安装有增强现实头盔显示器方位跟踪器。

进一步地，所述扳手手柄的左右窄面分别贴有第一电阻应变片和第二电阻应变片，第一电阻应变片和第二电阻应变片的中心的位于扳手的同一直截面上，其中心与所述扳手位置跟踪器中心的距离为L1；第三电阻应变片和第二电阻应变片贴在同一窄面上，且它们中心之间的距离为L3；手柄各点的横截面形状相同，横截面的抗弯截面模量为W，L1、L3、W均为已知量。

一种根据上述扳手系统的测量方法，所述测量方法包括以下步骤：第一，设置产品坐标系及初值；第二，检测被操作螺栓的中心位置以及计算其与扳手位置跟踪器中心点之间的距离；第三，测量扳手操作螺栓的转矩；第四，测量螺栓的扭转角度。

进一步地，在测量方法第一步骤中，产品坐标系X轴、Y轴、Z轴的方向与地球惯性坐标系X轴、Y轴、Z轴的方向一致，产品坐标系的原点由用户设置，方法如下：将扳手位置跟踪器(6)的中心放在产品坐标系的原点，位置跟踪器(6)在该点的位置设为(0，0，0)，使用过程中计算机(14)根据接收到的数据如运动速度、加速度等实时跟踪、计算位置跟踪器(6)相对产品坐标系原点的位置。

进一步地，在测量方法第二步骤中，测量当前被操作螺栓中心位置的方法如下：操作者使用所述扳手操作螺栓的时候，实时检测并记录扳手位置跟踪器的中心在产品坐标系中的位置，通过对位置跟踪器中心运动轨迹求导，求取扳手位置跟踪器中心与操作螺栓中心的距离L2，以及被操作螺栓的中心在产品坐标系中的位置。

进一步地，在测量方法第三步骤中，计算扳手操作螺栓的转矩的方法如下：第三电阻应变片和第二电阻应变片位于惠斯顿电桥的相邻桥臂上，组成半桥双臂测量电桥，测量电路板测得上述两个电阻应变片的应变差ε₁₁-ε₃，从而得到垂直力F：式中E为扳手材料的弹性模量；第一电阻应变片单独组成一个半桥单臂测量电桥，测量电路板测得电阻应变片的应变为ε₄，因此垂直力F的作用位置距离第三电阻应变片中心点的位置L4为：

最终求得力F通过扳手作用在螺栓上的转矩M＝F(L₁+L₂+L₃+L₄)。

进一步地，在测量方法第四步骤中，测量螺栓的扭转角度θ的方法如下：假设螺栓预紧力为0时，螺栓与被连接件的摩擦力矩约为M’，根据扳手位置跟踪器中心运动轨迹和操作者施加的力矩M，计算扳手操作螺栓过程中满足扳手转矩M大于M’的扳手的旋转角度和θ，θ即为螺栓的扭转角度。

一种根据上述扳手系统的测量方法的诱导方法，所述诱导方法包括以下步骤：第一，拆卸或者诱导信息输入阶段；第二，装配诱导阶段；第三，诱导信息的增强现实叠加阶段。

进一步地，在诱导方法第一步骤中，在拆卸阶段，上位计算机将测量得到的中心位置作为被操作螺栓的唯一索引保存在数据库中，将初始拆卸时的初始转矩M和扭转转角θ保存在数据库中；

另外对于大批量产品制造过程中的装配诱导，可以将各个螺栓装配后其中心在产品坐标系中的位置P，及紧固终了时的M和θ，根据装配工艺人工预先输入到计算机数据库中。

进一步地，在诱导方法第二步骤中，在装配阶段，上位计算机判断扳手跟踪器中心运动轨迹是否为近似圆形或判断当前是否有作用力作用在扳手上，若满足，上位计算机以被操作螺栓的中心位置作为索引从数据库中查找该螺栓的装配工艺，当扳手的扭矩或者转角接近或者达到数据库中的记录值时，计算机发送提示信息到HMD上显示，以提示操作者结束螺栓拧紧操作；或在产品装配顺序已经保存在上位计算机上时，诱导系统根据扳手操作螺栓的转矩或转角是否达到数据库中的记录值，自动判断当前的装配工艺是否完成，若完成，计算机根据将下一步的装配零件和装配工艺发送到头盔显示器上显示。

进一步地，在诱导方法第三步骤中，操作者所戴的头盔显示器上安装有一个6自由度的方位跟踪器，能够实时跟踪操作者头部或增强现实头盔显示器在产品坐标系中的位置和方向，并发送给计算机，计算机根据扳手当前的位置和增强现实头盔显示器的方位将当前扳手的转矩值M、转角值θ和其它装配诱导信息以数字、文字或者虚拟仪表的形式叠加在真实拆装场景上，以便于操作者观察。

需要特别指出的是，本发明的系统和方法同样可以应用于电动扳手、棘轮扳手等其它形式的扳手。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的效果：

(1)在产品装配过程中，本发明的系统和方法能够检测扳手的位置，并根据该位置，识别操作者操作的螺栓，自动从数据库中查找与之有关的装配工艺，包括装配转矩、旋转角度和方向等，从而诱导操作者完成装配操作，操作者不需要边装配边查寻装配工艺手册，提高了扳手的智能性、装配操作的效率和质量，单螺栓装配用时节省30％左右。

(2)在产品拆卸中，本发明的系统和方法能够自动记录产品中各螺栓的拆卸工艺，并用于装配过程的诱导，因此，通用性强，有助于提高产品维修的效率和维修的质量。

(3)本发明能够将螺栓的装配工艺以数字、文字或图形的形式直接叠加在真实装配场景上在HMD上显示给操作者，而不是采用物理仪表显示，提高装配操作过程的人机交互性。

(4)本发明的系统和方法使用至少一个位置跟踪器和3应变片测量扳手的转矩，由于L2和L4是实时测量得到的，转矩测量结果不受扳手和螺栓相对位置变化的影响，也不受力在扳手上作用位置的影响，抗干扰能力强，测量精度高。

(5)本发明的扳手系统和诱导方法能够作为一种输入工具，智能判断当前装配工艺是否完成，若完成向操作者提示下一步的装配工艺，而不需要语音指令输入或其它输入设备，提高了诱导系统的人机交互性。

(6)本发明的扳手系统上装有位置跟踪器，不仅能够感知、识别当前被操作的螺栓，而且还用于转角和扭矩的测量，提高了扭矩测量的精度和抗干扰能力。

附图说明：

图1本发明的扳手系统的结构图；

图中各部分的名称如下：

1-活动鄂，2-供电电池，3-第三电阻应变片，4-第一电阻应变片，5-活动鄂位置调节机构，6-扳手位置跟踪器，7-测量电路板，8-无线通信电路板，9-被操作螺栓，10-固定鄂端面，11-第二电阻应变片，12-天线，13-扳手手柄，14-上位计算机，15-6自由度的方位跟踪器，16-眼镜结构的增强现实头盔显示器，17-固定鄂。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。

如图1所示，一种具有诱导功能的扳手系统包括扳手本体、扳手位置跟踪器6、三个电阻应变片3、4和11、测量电路板7、无线通信电路板8、供电电池2、上位计算机14、眼镜结构的增强现实头盔显示器(HMD)16和HMD方位跟踪器15；扳手本体包括固定鄂17、活动鄂1和手柄13和活动鄂位置调节机构5。扳手位置跟踪器6、电阻应变片3、4和11、测量电路板7、无线通信电路板8和供电电源2均安装在扳手手柄13上，电阻应变片3、4和11均通过导线与测量电路板7连接，测控电路板7与无线通信电路板8连接，无线通信电路板8实时测量结果发送给上位计算机14；眼镜结构的增强现实头盔显示器(HMD)16带在操作者的眼睛前方，6自由度HMD方位跟踪器15安装在HMD16上；扳手位置跟踪器6、HMD16、HMD方位跟踪器15和无线通信电路板8均能与计算机14实现无线通讯。第一电阻应变片4和第二电阻应变片11分别贴在扳手手柄13的左右窄面，且它们的中心的位于扳手同一直截面上，它们的中心离扳手位置跟踪器中心的距离设为L1，L1为一固定的已知值；第三电阻应变片3和第二电阻应变片11贴在同一窄面上，且它们中心之间的距离为L3，L3为一固定的已知值；扳手手柄13各点横截面的形状相同的，横截面的抗弯截面模量均为W。

应用本发明的扳手系统的测量方法包括以下步骤：

(1)设置产品坐标系及初值

扳手位置跟踪器6为3DOF惯性式位置传感器(如Xsens MTw型)，它能够实时检测其相对地磁场运动的速度、加速度，并将其以无线通信的方式发送给计算机14，计算机14能够根据接收的数据采用积分的方法计算位置跟踪器的位置。使用前需首先设置产品坐标系，其坐标轴X轴、Y轴、Z轴的方向与地球惯性坐标系X轴、Y轴、Z轴的方向一致，坐标由用户设置；方法如下：将扳手位置跟踪器6的中心放在产品坐标系的原点，位置跟踪器6在该点的位置设为(0，0，0)，使用过程中计算机14根据接收到的速度和加速度实时跟踪、计算位置跟踪器6相对产品坐标系原点的位置。

(2)检测被操作螺栓的中心位置以及计算其与扳手位置跟踪器中心点之间的距离。

使用过程中，计算机14实时检测、计算当前扳手位置跟踪器6的中心点在产品坐标系中的位置，并保存扳手位置跟踪器6的运动轨迹，当应变片4和11检测到扳手有应变的时候，计算机即可判断扳手正在操作螺栓；此时开始实时计算扳手位置跟踪器运动轨迹的曲率，和扳手位置跟踪器当前位置与螺栓中心点之间连接线的方向，从而得到被操作螺栓的中心位置P和及其与位置跟踪器中心点的距离L2。

(3)测量扳手操作螺栓的转矩

在测量电路板7上，第三电阻应变片3和第二电阻应变片11位于惠斯顿电桥的相邻桥臂上，组成半桥双臂测量电桥，测量电路板7测得两个电阻应变片11和3的应变差ε₁₁-ε₃，无线通信系统8将此应变差发送到上位计算机14上，上位计算机14根据式

得到操作者在扳手上的作用力F；同样，在测量电路板7上，第一电阻应变片4单独组成一个半桥单臂测量电桥，测量电路板测得第一电阻应变片4的应变为ε₄，无线通信系统8将ε₄发送到上位计算机14上，上位计算机14根据式

可得到力F的作用位置距离第三电阻应变片3中心点的位置L4：最终求得扳手作用在螺栓9上的转矩M＝F(L₁+L₂+L₃+L₄)。

还可以在本实施实例的基础上，采取其它应变片布置方式和相应的组桥方式，以消除扳手拉/压分力对作用力F测量的影响，由于属于现有技术在此不再说明。

(4)测量螺栓的扭转角度

假设螺栓与被连接件的摩擦力矩约为M’，计算机根据当前位置跟踪器中心运动轨迹和操作者施加的力矩M，计算扳手运动过程中满足M大于M’的扳手的旋转角度和θ，θ即为螺栓的扭转角度。

应用本发明的扳手系统的测量方法的诱导方法包括以下步骤：

(1)拆卸或者诱导信息输入阶段

在拆卸阶段：上位计算机将接收到的中心位置P作为被操作螺栓的唯一索引保存在数据库中，将初始拆卸时的扳手转矩作为螺栓装配紧固终了时的转矩M；假设螺栓预紧力为0时的摩擦转矩为M’，将拆卸中转矩大于M’的扳手转角和作为装配时的转角θ，M和θ均保存在数据库中。

另外对于大批量产品制造过程中的装配诱导，可以将各个螺栓在产品坐标系统的装配位置P，及预紧终了时的转矩M或者转角θ等根据装配工艺人工预先输入到计算机数据库中。

(2)装配诱导阶段

而在装配阶段：上位计算机判断扳手位置跟踪器6的运动轨迹是否为近似圆形或者判断当前是否有作用力作用在扳手上，若满足，上位计算机14以被操作螺栓的中心位置P作为索引从数据库中查找该螺栓的装配工艺，生成螺栓装配诱导工艺，如力矩、扭转角度等。并利用增强现实技术将诱导工艺与真实拆装场景叠加，最终发送到戴在操作者眼睛前方的HMD16上显示；当扳手的扭矩或者转角接近或者达到数据库中的记录值时，发送提示信息到HMD16上显示，以提示操作者结束螺栓拧紧操作。

若产品装配顺序已知，为零件1---螺栓2---零件3---螺栓4……，且产品装配顺序已经保存在上位计算机上时，诱导系统可以根据扳手操作螺栓2的转矩或转角是否大于紧固终了时的转矩或转角，自动判断当前的装配工艺是否完成。若完成，计算机根据装配顺序自动地向操作者提示下一步将要装配的零件3，并从数据库中查找零件3的装配工艺如装配方向、使用的装配工具等。

(3)诱导信息的增强现实叠加

本实例选择HMD为Wrap920AR，该HMD为视频穿透式，并且带有6自由度方位跟踪器15。6自由度的惯性方位跟踪器15，能够实时跟踪操作头部(或HMD)在产品坐标系中的位置和方向，并将该方位发送给计算机14实现增强现实注册。计算机14根据扳手当前的位置P将当前的转矩值M、转角值θ和诱导工艺等以数字或者虚拟仪表的形式叠加在真实拆装场景上，以便于操作者观察。

需要指出的是，本实施例中虽然使用了活动扳手，但同样可以应用于呆扳手、棘轮扳手、动力扳手(如电动扳手、液压扳手等)，应用于动力扳手还可以实现螺栓、螺母、螺钉装配工艺的智能、精确的拧紧。

本实施例与国内外现有的扳手和扳手操作方法相比，(1)本实施例能够自动识别操作者当前操作的螺栓，自动查找该螺栓的装配工艺，并将装配工艺叠加在真实拆装场景中，因此具有智能性，诱导信息显示是以人为中心的，能够大幅提高产品装配操作的效率；(2)本实施例使用一个位置跟踪器和3个应变片测量扳手的转矩，由于L₂和L₄是实时测量的得到的，因此转矩测量结果不受扳手和螺栓相对位置变化的影响，也不受力F作用点位置的影响，测量精度高；(3)本实施例能够自动记录螺栓、螺母、螺钉的拆卸工艺，并在装配过程中提供诱导信息，因此通用性强，能够提高产品维修的质量。

本发明所涉及的扳手系统、测量方法和诱导方法在复杂机械设备(如发动机、汽车、飞机、化工系统、电力系统、火箭等)的培训、教学、维修、装配等领域具有广泛的应用前景和应用价值，尤其适用于军事装备的战时抢修和教学训练，可明显提高维修效率和维修质量。本发明的扳手系统和方法可融入到基于增强现实技术的机械设备维修诱导系统中使用，与机械设备维修诱导系统共用一套HMD和HMD方位跟踪器，这样可显著降低扳手系统的成本。

Claims (8)

1.一种具有智能诱导功能的扳手系统，所述扳手系统包括扳手本体、扳手位置跟踪器(6)、三个电阻应变片(3，4，11)、测量电路板(7)、无线通信电路板(8)、供电电池(2)、上位计算机(14)、眼镜结构的增强现实头盔显示器(16)和增强现实头盔显示器方位跟踪器(15)；其特征在于，所述扳手本体包括固定鄂(17)、活动鄂(1)和扳手手柄(13)；所述扳手位置跟踪器(6)、电阻应变片(3，4，11)、测量电路板(7)、无线通信电路板(8)、供电电池(2)均安装在扳手手柄(13)上，所述电阻应变片(3，4，11)通过导线与所述测量电路板(7)连接，所述测量电路板(7)与所述无线通信电路板(8)连接，所述无线通信电路板(8)将测量结果以无线通讯的方式发送给上位计算机(14)；眼镜结构的增强现实头盔显示器(16)戴在操作者眼睛上，在其上面安装有增强现实头盔显示器方位跟踪器(15)。

2.根据权利要求1所述的扳手系统，其特征在于，所述扳手手柄(13)的左右窄面分别贴有第一电阻应变片(4)和第二电阻应变片(11)，所述第一电阻应变片(4)和第二电阻应变片(11)的中心的位于扳手的同一直截面上，其中心与所述扳手位置跟踪器(6)中心的距离为L1；第三电阻应变片(3)和第二电阻应变片(11)贴在同一窄面上，且它们中心之间的距离为L3；手柄(13)各点的横截面形状相同，横截面的抗弯截面模量为W。

3.一种根据权利要求1所述的扳手系统的测量方法，其特征在于，所述测量方法包括以下步骤：第一，设置产品坐标系及初值；第二，检测被操作螺栓的中心位置以及计算其与扳手位置跟踪器中心点之间的距离；第三，测量扳手操作螺栓的转矩；第四，测量螺栓的扭转角度。

4.根据权利要求3所述的测量方法，其特征在于，在第一步骤中，产品坐标系X轴、Y轴、Z轴的方向与地球惯性坐标系X轴、Y轴、Z轴的方向一致，产品坐标系的原点由用户设置，方法如下：将扳手位置跟踪器(6)的中心放在产品坐标系的原点，位置跟踪器(6)在该点的位置设为(0，0，0)，使用过程中计算机(14)根据接收到数据实时跟踪、计算位置跟踪器(6)相对产品坐标系原点的位置。

5.根据权利要求3所述的测量方法，其特征在于，在第二步骤中，测量当前被操作螺栓中心位置的方法如下：操作者使用所述扳手操作螺栓的时候，实时检测并记录扳手位置跟踪器(6)的中心在产品坐标系中的位置，通过对位置跟踪器(6)中心运动轨迹求导，求取扳手位置跟踪器(6)中心与被操作螺栓(9)中心的距离L2，以及被操作螺栓(9)的中心在产品坐标系中的位置P。

6.根据权利要求3所述的测量方法，其特征在于，在第三步骤中，计算扳手操作螺栓的转矩的方法如下：第三电阻应变片(3)和第二电阻应变片(11)位于惠斯顿电桥的相邻桥臂上，组成半桥双臂测量电桥，测量电路板测得上述两个电阻应变片(11，3)的应变差ε11-ε3，从而得到垂直剪力F：

式中E为扳手材料的弹性模量；第一电阻应变片(4)单独组成一个半桥单臂测量电桥，测量电路板测得电阻应变片(4)的应变为ε4，因此垂直力F的作用位置距离第三电阻应变片(3)中心点的位置L4为：

最终求得力F通过扳手作用在螺栓(9)上的转矩M＝F(L₁+L₂+L₃+L₄)。

7.根据权利要求3所述的测量方法，其特征在于，在第四步骤中，测量螺栓的扭转角度θ的方法如下：假设螺栓预紧力为0时，螺栓与被连接件的摩擦力矩约为M’，根据扳手位置跟踪器中心运动轨迹和操作者施加的力矩M，计算扳手操作螺栓过程中满足扳手转矩M大于M’的扳手的旋转角度和θ，θ即为螺栓的扭转角度。

8.一种根据权利要求3-7所述的扳手系统的测量方法的诱导方法，所述诱导方法包括以下步骤：第一，拆卸或者诱导信息输入阶段；第二，装配诱导阶段；第三，诱导信息的增强现实叠加阶段；

其特征在于，在第一步骤中，在拆卸阶段，上位计算机将测量得到的中心位置作为被操作螺栓(9)的唯一索引保存在数据库中，将初始拆卸时的转矩M和转角θ保存在数据库中；在第二步骤中，在装配阶段，上位计算机判断扳手跟踪器(6)中心运动轨迹是否为近似圆形或判断当前是否有作用力作用在扳手上，若满足，上位计算机(14)以被操作螺栓的中心位置作为索引从数据库中查找该螺栓的装配工艺；或在产品装配顺序已经保存在上位计算机上时，诱导系统根据扳手操作螺栓的转矩或转角是否大于紧固终了时的转矩或转角，自动判断当前的装配工艺是否完成，若完成，计算机(14)根据将下一步的装配零件和装配工艺发送到头盔显示器(16)上显示；

在第三步骤中，操作者所戴的头盔显示器(16)上安装有一个6自由度的方位跟踪器(15)，能够实时跟踪操作者头部或增强现实头盔显示器(16)在产品坐标系中的位置和方向，并发送给计算机(14)，计算机(14)根据扳手当前的位置和增强现实头盔显示器(16)的方位将当前的扳手的转矩值M、转角值θ和其它装配诱导信息以数字、文字或者虚拟仪表的形式叠加在真实拆装场景上，以便于操作者观察。

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