CN103344383A - 一种三维柔性阵列触觉传感器标定装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三维柔性阵列触觉传感器标定装置，标定装置由基座、龙门架、X\Y\Z三轴移动机构、三维力加载头、加载头垂直和水平旋转机构、传感器安装平台、数据采集电路、电机驱动电路及上位机控制部分组成。所述的龙门架位于基座中部正上方，Z轴移动机构、水平和垂直旋转机构和三维力加载头位于龙门架中部，X\Y两轴移动机构、传感器安装平台安装在基座上。在闭环控制下，电机驱动部分在标定程序控制下带动相应机构做直线以及旋转运动，实现三维载荷的准确定位和加载。本发明结构简单、成本低，可自动化、智能化地实现对三维柔性阵列触觉传感器三维载荷的独立、复合加载，适用于三维柔性阵列触觉传感器的标定和测试。

Description

一种三维柔性阵列触觉传感器标定装置

技术领域

本发明是涉及自动化领域，特别涉及传感器标定领域中一种三维柔性阵列触觉传感器的标定装置。

背景技术

相比于其他的知觉形式，触觉是人类获取环境信息无法替代的感知方式，通过触觉人类不仅仅可以获知皮肤所受到的外力大小，还可以感知物体的物理性质。随着机器人探索世界的不断深入，作为其获取信息必不可少的工具，三维柔性阵列触觉传感器已成为机器人皮肤研究的热点之一，但是由于生产流程、制作工艺的非同一性，三维柔性阵列触觉传感器不同部分的特性会出现非均一性，测量的误差大，给三维柔性阵列触觉传感器的广泛应用带来极大的困难。因而三维柔性阵列触觉传感器标定装置的设计和标定方法的研究至关重要，其标定结果将直接影响三维柔性阵列触觉传感器的测量精度。

但是目前尚很少有三维柔性阵列触觉传感器的标定装置及其标定方法，在现有的阵列触觉传感器的标定装置中，公开号为CN101281073A的“一种力学传感器阵列标定装置及其工作方法”和公开号为CN102175388A的“一种曲面柔性触觉传感器阵列的三维标定装置”的专利文件和本发明专利接近。经检索查新，其中公开号为CN101281073A的专利公布了一种阵列式力学传感器的标定装置，并给出一种可行的工作方法。但是该专利文件提到的标定装置和工作方法仅能对单维阵列触觉传感器进行标定，不能对三维柔性阵列式的触觉传感器进行标定；其标定平台采用机械式限位器对传感器矩阵的范围进行限定，定位装置是开环控制，定位精度不高。而公开号为CN102175388A的专利是与本发明最接近的专利，它公布了一种空间曲面柔性阵列式触觉传感器的标定装置，提出了基于三坐标机导轨机器人和并联结构的一种空间曲面柔性阵列触觉传感器标定装置，该专利文件提到的标定装置结构庞大且过于复杂，通过并联机器人实现三维力加载算法复杂度高，设计成本高。针对三维柔性阵列触觉传感器标定过程的要求，以及现有技术中此类标定装置的不足，本发明专利提出了一种结构简单、低成本、标定方法方便易行的三维柔性阵列触觉传感器的标定装置。

发明内容

本发明的目的是：避免现有技术中三维柔性阵列触觉传感器标定装置及标定方法的不足之处，本发明专利提出了一种结构简单、低成本、标定方法方便易行的三维柔性阵列触觉传感器的标定装置。该发明不仅适用于传感器受正压力不为零的单维力、三维力标定，也适用于正压力为零的纯切向力标定；不但适用于独立三维柔性触觉传感器的标定，同样也适用于阵列式三维柔性触觉传感器的标定。

本发明的技术方案是：一种三维柔性阵列触觉传感器标定装置，包括基座、龙门架、水平方向X轴移动机构、水平方向Y轴移动机构、传感器安装平台、垂直方向Z轴移动机构、加载头水平旋转机构、加载头垂直旋转机构、三维力加载头，其特征是：龙门架位于基座中部正上方，通过螺栓连接，水平方向Y轴移动机构位于基座上方，与基座连接，水平方向X轴移动机构位于水平方向Y轴移动机构上方，与水平方向Y轴移动机构连接，传感器安装平台位于水平方向X轴移动机构上方，与水平方向X轴移动机构连接，垂直方向Z轴移动机构位于龙门架中部，与龙门架连接，加载头水平旋转机构位于垂直方向Z轴移动机构下方与垂直方向Z轴移动机构连接，加载头垂直旋转机构位于加载头水平旋转机构下方与加载头水平旋转机构连接，三维力加载头位于加载头垂直旋转机构一侧，其中三维力加载头的轴线位于与基座平面相垂直的面内，并与加载头水平旋转机构中轴共面；特别是：

水平方向X轴移动机构设有单导轨、单滑块、X轴带细分驱动的步进电机、X轴丝杆、X轴丝杆滑块、X轴光栅尺、X轴光栅尺滑块，其中单导轨与单滑块配合，单导轨与水平方向Y轴二维移动机构所包括的双滑块通过螺栓固定，X轴带细分驱动的步进电机通过螺栓固定于单导轨，X轴丝杆与X轴带细分驱动的步进电机输出轴连接，X轴丝杆与X轴丝杆滑块配合，X轴丝杆滑块通过螺栓与传感器阵列基座固定，X轴光栅尺与X轴光栅尺滑块配合，X轴光栅尺与单导轨通过螺栓固定，X轴光栅尺滑块通过螺栓与传感器阵列基座固定；

水平方向Y轴移动机构设有双导轨、双滑块、Y轴带细分驱动的步进电机、Y轴丝杆、Y轴丝杆滑块、Y轴光栅尺、Y轴光栅尺滑块，其中双导轨与双滑块配合，双导轨通过螺栓固定于基座，双滑块通过螺栓与水平方向X轴移动机构所包含的单导轨固定，Y轴带细分驱动的步进电机通过螺栓固定于基座，Y轴丝杆与Y轴带细分驱动的步进电机输出轴连接，Y轴丝杆与Y轴丝杆滑块配合，Y轴丝杆滑块通过螺栓与水平方向X轴移动机构所包含的单导轨固定，Y轴光栅尺与Y轴光栅尺滑块配合，Y轴光栅尺与双导轨其中的一根导轨通过螺栓固定，Y轴光栅尺滑块通过螺栓与水平方向X轴移动机构所包含的单导轨固定；

传感器阵列基座通过粘胶与三维柔性阵列触觉传感器连接，该粘胶粘附力适中，标定结束后可在不损坏传感器的情况下取下，传感器安装平台侧面设有对零孔；

垂直方向Z轴移动机构设有垂直导管、垂直滑管、Z轴带细分驱动的步进电机、Z轴丝杆、Z轴丝杆滑块、Z轴光栅尺，其中垂直导管与垂直滑管配合，垂直导管通过螺栓固定于龙门架横梁中部，垂直滑管通过螺栓与加载头水平旋转机构所包含的水平旋转带细分驱动的步进电机固定，Z轴带细分驱动的步进电机通过螺栓固定于垂直导管上端面，Z轴丝杆与Z轴丝杆滑块配合，Z轴丝杆与Z轴带细分驱动的步进电机输出轴连接，Z轴丝杆滑块通过螺栓与垂直滑管固定；

加载头水平旋转机构设有水平旋转带细分驱动的步进电机、水平角度编码器、水平旋转支臂，其中水平旋转带细分驱动的步进电机通过螺栓与垂直滑管固定，水平角度编码器、水平旋转支臂分别与水平旋转带细分驱动的步进电机输出轴同轴固定，水平角度编码器位于水平旋转支臂上方；

加载头垂直旋转机构设有垂直旋转带细分驱动的步进电机、垂直角度编码器、力加载头安装夹具，其中垂直旋转带细分驱动的步进电机通过螺栓与水平旋转支臂固定，垂直角度编码器、力加载头安装夹具分别与水平旋转带细分驱动的步进电机输出轴同轴固定，水平角度编码器位于力加载头安装夹具侧方；

三维力加载头设有安装支臂、轴向标准力传感器、锥形嘴、纯切向力加载臂，其中安装支臂与力加载头安装夹具配合，轴向标准力传感器、纯切向力加载臂、锥形嘴同轴顺序连接，纯切向力加载臂于锥形嘴通过螺栓连接，纯切向力加载臂底面附有薄粘胶，当需要施加纯切向力时，将纯切向力加载臂通过螺栓装配与锥形嘴后端，当施加非纯切向力时，通过螺栓将纯切向力加载臂拆卸；

所述X\Y\Z三轴带细分驱动的步进电机，分别与X\Y\Z三轴光栅尺形成闭环控制，水平\垂直旋转带细分驱动的步进电机分别与水平\垂直角度编码器形成闭坏控制，轴向标准力传感器将数据反馈至标定程序，用于三维力的加载校验；

本发明所述一种三维柔性阵列触觉传感器标定装置，工作时，先由人工在标定程序的控制下驱动X\Y\Z三轴带细分驱动的步进电机，水平、垂直旋转带细分驱动的步进电机，使得三维力加载头的锥形嘴与传感器安装平台侧面的对零孔重合，标定程序将此时的X\Y\Z三轴光栅尺、X\Y\Z方向移动机构、以及水平、垂直旋转机构的读数记为三维坐标零点，实现该装置的三维坐标归零操作；

在该装置完成三维坐标归零操作后，由人工先将三维柔性阵列触觉传感器样件粘贴于传感器阵列基座中央，并向标定程序输入三维柔性阵列触觉传感器样件的尺寸、量程、材料特性等参数，标定程序运用独立于本发明之外的控制算法计算在三维柔性阵列触觉传感器样件上的标定点数、位置、三维力大小以及标定路径等，在标定过程中形成标定报表，整个传感器标定结束后可存储打印相应报表。

在对具体一个点进行非纯切向力标定时，标定程序根据计算出的三维力加载方向，配合水平\垂直角度编码器的闭环控制，调整加载头水平旋转机构和加载头垂直旋转机构，使三维力加载头轴线方向与所需三维力加载方向一致。通过X\Y\Z三轴光栅尺和水平\垂直角度传感器测量的数据，标定程序解算出三维力加载头锥形嘴尖端点的X\Y\Z三维坐标，通过比对其与待标定点的三维坐标，调整X\Y\Z三轴带细分驱动的步进电机，使上述两三维坐标重合，实现被标定点的三维定位。通过调整Z轴带细分驱动的步进电机向下移动，向传感器阵列表面上指定标定点施加载荷。标准力传感器将数据反馈至标定程序，用于三维力的加载校验，使该三维力与所需三维力大小一致，数据采集电路将此时三维柔性阵列触觉传感器样件的输出数据传回标定程序。

在对具体一个点进行纯切向力标定时，将纯切向力加载臂通过螺栓装配于锥形嘴后端，纯切向力加载臂底面附有薄粘胶。标定程序根据计算出的纯切向力合力方向，配合X\Y\Z三轴光栅尺和水平\垂直角角度编码器的闭环控制，调整加载头水平旋转机构和加载头垂直旋转机构，使纯切向力加载臂轴线方向与所需加载的切向力合力方向一致。由X\Y\Z三轴光栅尺和水平\垂直角角度传感器测量的数据，标定程序解算出纯切向力加载臂底面中心点的三维坐标，通过比对其与具体待标定点的三维坐标，调整X\Y\Z三轴带细分驱动的步进电机，使上述两三维坐标重合，实现被标定点的三维定位和纯切向力加载臂底面粘胶柔性固定。标定程序通过调整X\Y两轴带细分驱动的步进电机按照纯切向力加载方向在X\Y两轴方向分解移动，向指定标定点施加载荷，轴向标准力传感器将数据反馈至标定程序，用于纯切向力的加载校验，使该纯切向力与所需切向力合力大小一致，数据采集电路将此时三维柔性阵列触觉传感器样件的输出数据传回标定程序。

本发明提出了一种三维柔性阵列触觉传感器的标定装置，通过对三维柔性阵列触觉传感器在量程范围内的三维载荷的独立、复合加载，完成对三维柔性阵列触觉传感器的标定。在目前的技术背景下，为三维柔性阵列触觉传感器提供了一种简易、经济有效的标定装置。

本发明的有益效果：针对现有技术中三维柔性阵列触觉传感器标定装置的不足之处，本发明提出的一种新型三维柔性阵列触觉传感器标定装置，该标定装置结构简单、精度高、低成本且工作方法简单易行，不仅适用于独立三维柔性触觉传感器的标定，同样也适用于阵列式三维柔性触觉传感器的标定。尤其针对在柔性材料表面纯切向力加载的困难，根据非切向力和纯切向力的不同选用不同的加载头和加载方法进行标定，不仅实现了非纯切向三维力的加载，也实现了纯切向力的加载；

所述X\Y\Z三轴带细分驱动的步进电机，在X\Y\Z三轴光栅尺和水平\垂直角度编码器的闭环控制下，驱动水平旋转带细分驱动的步进电机、垂直旋转带细分驱动的步进电机，轴向标准力传感器将数据反馈至上位机控制软件，用于三维力的加载校验，标定装置定位和加载精度高。在上位机标定程序控制下本发明具有自动化和智能化程度高的优点，可以实现快速现场标定，适用于三维柔性阵列触觉传感器的标定和实验测试，为三维柔性阵列触觉传感器的应用推广起到重要作用。

附图说明

图1是本发明的标定装置示意图。

图2是本发明的对三维柔性阵列触觉传感器进行非切向力标定的局部放大图。

图3是本发明的X\Y两轴移动机构示意图。

图4是本发明的标定装置下平台示意图。

图5是本发明的标定装置垂直方向Z轴移动机构、加载头水平、垂直旋转机构示意图。

图6是本发明的标定装置三维力加载头和装配了纯切向力加载臂的三维力加载头示意图。

图7是本发明的对三维柔性阵列触觉传感器进行切向力标定的示意图。

图8是本发明的对三维柔性阵列触觉传感器进行切向力标定的局部放大图。

图中：1、基座，2、龙门架，2-1、龙门架水平梁，2-2、龙门架垂直梁，3、水平方向X轴移动机构，3-1、X轴导轨，3-2、X轴带细分驱动的步进电机，3-3、X轴丝杆，3-4、X轴滑块，3-5、X轴丝杆滑块，3-6、X轴光栅尺，3-6-1、X轴光栅尺滑块，3-6-2、X轴光栅尺条，4、水平方向Y轴移动机构，4-1、Y轴导轨，4-2、Y轴带细分驱动的步进电机，4-3、Y轴丝杆，4-4、Y轴滑块，4-5、Y轴丝杆滑块，4-6、Y轴光栅尺，4-6-1、Y轴光栅尺滑块，4-6-2、Y轴光栅尺条，5、传感器安装平台，5-1、三维柔性阵列触觉传感器，5-2、传感器阵列基座，5-3、对零孔，6、垂直方向Z轴移动机构，6-1、Z轴带细分驱动的步进电机，6-2、Z轴丝杆，6-3、Z轴丝杆滑块，6-4、垂直导管，6-5、垂直滑管，6-6、Z轴光栅尺，6-6-1、Z轴光栅尺滑块，6-6-2、Z轴光栅尺条，7、加载头水平旋转机构，7-1、水平带细分驱动的步进电机，7-2水平角度编码器，7-3、水平旋转支臂，8、加载头垂直旋转机构，8-1、垂直带细分驱动的步进电机，8-2、垂直角度编码器，8-3、力加载头安装夹具，9、三维力加载头，9-1、安装支臂，9-2、标准力传感器，9-3、锥形嘴，9-4、纯切向力加载臂。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。

如图1是本发明的标定装置示意图。一种三维柔性阵列触觉传感器标定装置，包括基座1、龙门架2、水平方向X轴移动机构3、水平方向Y轴移动机构4、传感器安装平台5、垂直方向Z轴移动机构6、加载头水平旋转机构7、加载头垂直旋转机构8、三维力加载头9，其特征是：龙门架2位于基座1中部正上方，通过螺栓连接，水平方向Y轴移动机构4位于基座1上方，与基座1连接，水平方向X轴移动机构3位于水平方向Y轴移动机构4上方，与水平方向Y轴移动机构4连接，传感器安装平台5位于水平方向X轴移动机构3上方，与水平方向X轴移动机构3连接，垂直方向Z轴移动机构6位于龙门架2中部，与龙门架2连接，加载头水平旋转机构7位于垂直方向Z轴移动机构6下方与垂直方向Z轴移动机构6连接，加载头垂直旋转机构8位于加载头水平旋转机构7下方与加载头水平旋转机构7连接，三维力加载头9位于加载头垂直旋转机构8一侧，其中三维力加载头9的轴线位于与基座1平面相垂直的面内，并与加载头水平旋转机构7中轴共面。

图2是本发明的对三维柔性阵列触觉传感器5-1进行非切向力标定的局部放大图。当标定装置对三维柔性阵列触觉传感器5-1表面具体一个点进行非纯切向力标定时，标定程序控制程序根据计算出的三维力加载方向，配合水平\垂直角度编码器7-2\8-2的闭环控制，调整加载头水平\加载头垂直旋转机构7\8，使三维力加载头轴线方向与所需加载的三维力合力方向一致。通过X\Y\Z三轴光栅尺3-6\4-6\6-6和水平\垂直角度传感器7-2\8-2测量的数据，标定程序解算出三维力加载头的锥形嘴9-3尖端点XYZ三维坐标，比对其与待标定点的三维坐标，调整X\Y\Z三轴带细分驱动步进电机3-2\4-2\6-1，使上述两点三维坐标重合，实现标定点的三维定位。标定程序通过调整Z轴带细分驱动的步进电机6-1向下移动，向指定标定点施加载荷，轴向标准力传感器9-2将数据反馈至标定程序，用于三维力的加载校验，使该三维力与所需加载的三维力大小一致，数据采集电路将此时三维柔性阵列触觉传感器5-1样件的输出数据传回标定程序。

图3是本发明的X\Y两轴移动机构3\4示意图。水平方向X轴移动机构3设有X轴导轨3-1、X轴带细分驱动的步进电机3-2、X轴丝杆3-3、X轴滑块3-4、X轴丝杆滑块3-5、X轴光栅尺条3-6-1、X轴光栅尺滑块3-6-2，其中X轴导轨3-1与X轴滑块3-4配合，X轴导轨3-1与水平方向Y轴移动机构4所包括的Y轴双滑块4-4通过螺栓固定，X轴带细分驱动的步进电机3-2通过螺栓固定于X轴导轨3-1，X轴丝杆3-3与X轴带细分驱动的步进电机3-2输出轴连接，X轴丝杆3-3与X轴丝杆滑块3-5配合，X轴丝杆滑块3-5通过螺栓与传感器阵列基座5-2固定，X轴光栅尺条3-6-2与X轴光栅尺滑块3-6-1配合，X轴光栅尺条3-6-2与X轴导轨3-1通过螺栓固定，X轴光栅尺滑块3-6-1通过螺栓与传感器阵列基座5-2固定；

水平方向Y轴移动机构4设有Y轴双导轨4-1、Y轴带细分驱动的步进电机4-2、Y轴丝杆4-3、Y轴双滑块4-4、Y轴丝杆滑块4-5、Y轴光栅尺滑块4-6-1、Y轴光栅尺条4-6-2，其中Y轴双导轨4-1与Y轴双滑块4-4配合，双导轨通过螺栓固定于基座1，双滑块通过螺栓与水平方向X轴移动机构3所包含的X轴单导轨3-1固定，Y轴带细分驱动的步进电机4-2通过螺栓固定于基座1，Y轴丝杆4-3与Y轴带细分驱动的步进电机4-2输出轴连接，Y轴丝杆4-3与Y轴丝杆滑块4-5配合，Y轴丝杆滑块4-5通过螺栓与水平方向X轴移动机构3所包含的X轴导轨3-1固定，Y轴光栅尺条4-6-2与Y轴光栅尺滑块4-6-1配合，Y轴光栅尺条4-6-2与Y轴双导轨4-1其中的一根导轨通过螺栓固定，Y轴光栅尺滑块4-6-1通过螺栓与水平方向X轴移动机构3所包含的X轴导轨3-1固定；

图4是本发明的标定装置下平台5示意图。传感器阵列基座5-2通过粘胶与三维柔性阵列触觉传感器5-1连接，该粘胶粘附力适中，标定结束后可在不损坏传感器的情况下取下，传感器安装平台侧面设有对零孔5-3；

图5是本发明的标定装置垂直方向Z轴移动机构6、加载头水平、垂直旋转机构7、8示意图。垂直方向Z轴移动机构6设有Z轴带细分驱动的步进电机6-1、Z轴丝杆6-2、Z轴丝杆滑块6-3、垂直导管6-4、垂直滑管6-5、Z轴光栅尺滑块6-6-1、Z轴光栅尺条6-6-2，其中垂直导管6-4与垂直滑管6-5配合，垂直导管6-4通过螺栓固定于龙门架2横梁中部，垂直滑管6-5通过螺栓与加载头水平旋转机构7所包含的水平旋转带细分驱动的步进电机7-1固定，Z轴带细分驱动的步进电机6-1通过螺栓固定于垂直导管6-4上端面，Z轴丝杆6-2与Z轴丝杆滑块6-3配合，Z轴丝杆6-2与Z轴带细分驱动的步进电机6-1输出轴连接，Z轴丝杆滑块6-3通过螺栓与垂直滑管6-5固定；

加载头水平旋转机构7设有水平旋转带细分驱动的步进电机7-1、水平角度编码器7-2、水平旋转支臂7-3，其中水平旋转带细分驱动的步进电机7-1通过螺栓与垂直滑管6-5固定，水平旋转支臂7-3、水平角度编码器7-2分别与水平旋转带细分驱动的步进电机7-1输出轴同轴固定，水平角度编码器7-2位于水平旋转支臂7-3上方；

加载头垂直旋转机构8设有垂直旋转带细分驱动的步进电机8-1、垂直角度编码器8-2、力加载头安装夹具8-3，其中垂直旋转带细分驱动的步进电机8-1通过螺栓与水平旋转支臂8-2固定，垂直角度编码器8-2、力加载头安装夹具8-3分别与垂直旋转带细分驱动的步进电机8-1输出轴同轴固定，垂直角度编码器8-2位于力加载头安装夹具8-3侧方；

图6是本发明的标定装置三维力加载头9和装配了纯切向力加载臂9-4的三维力加载头9示意图。三维力加载头9设有安装支臂9-1、标准力传感器9-2、锥形嘴9-3、纯切向力加载臂9-4，其中安装支臂9-1与力加载头安装夹具8-3配合，轴向标准力传感器9-2、锥形嘴9-3、纯切向力加载臂9-4同轴顺序连接，纯切向力加载臂9-4与锥形嘴9-3通过螺栓连接，纯切向力加载臂9-4底面附有薄粘胶，当需要施加纯切向力时，将纯切向力加载臂9-4通过螺栓装配于锥形嘴9-3后端，当施加非纯切向力时，通过螺栓将纯切向力加载臂9-4拆卸；

所述X\Y\Z三轴带细分驱动的步进电机3-2\4-2\6-1，分别与X\Y\Z三轴光栅尺3-6\4-6\6-6形成闭环控制，水平\垂直旋转带细分驱动的步进电机7-1\8-1分别与水平\垂直角度编码器7-2\8-2形成闭环控制，轴向标准力传感器9-2将数据反馈至标定程序，用于三维力的加载校验。

本发明所述一种三维柔性阵列触觉传感器标定装置，工作时，先由人工在标定程序控制下驱动X\Y\Z三轴带细分驱动的步进电机3-2\4-2\6-1，水平\垂直旋转带细分驱动的步进电机7-1\8-1，使得三维力加载头锥形嘴9-3与传感器安装平台侧面的对零孔5-3重合，标定程序将此时的X\Y\Z三轴光栅尺3-6\4-6\6-6、X\Y\Z三轴移动机构3\4\6以及水平\垂直旋转机构7\8的读数记为三维坐标零点，实现标定装置的三维坐标归零操作；

由人工先将三维柔性阵列触觉传感器5-1样件粘贴于传感器阵列基座5-2中央，并向标定程序输入三维柔性阵列触觉传感器5-1样件尺寸、量程、材料特性等参数，之后标定程序运用独立于本发明之外的控制算法计算在三维柔性阵列触觉传感器样件上的标定点数、位置、三维力的加载方向、大小以及标定路径，在标定过程中形成标定报表，整体标定结束后可存储打印相应报表。

图8是本发明的对三维柔性阵列触觉传感器5-1进行切向力标定的示意图，图9是其局部放大图。在对具体一个点进行纯切向力标定时，将纯切向力加载臂9-4通过螺栓装配于传感器9-3后端，在纯切向力加载臂9-4底面附上薄粘胶。标定程序根据计算出的切向力合力方向，在水平\垂直角度传感器7-2\8-2闭环控制下，调整加载头水平旋转机构7和加载头垂直旋转机构8，使纯切向力加载臂9-4轴向与所需加载的三维力方向一致。由X\Y\Z三轴光栅尺3-6\4-6\6-6和水平\垂直角度传感器7-2\8-2测量的数据，标定程序解算出纯切向力加载臂9-4底面中心点的X\Y\Z三维坐标，通过比其与对待标定点的三维坐标，调整X\Y\Z三轴带细分驱动的步进电机3-2\4-2\6-1，使上述两三维坐标重合，实现被标定点的三维定位和粘胶柔性固定。标定装置通过驱动X\Y两轴带细分驱动的步进电机3-2\4-2沿切向力加载方向在X\Y两轴方向分解移动，向指定标定点施加载荷，轴向标准力传感器9-2将数据反馈至标定程序，用于纯切向力的加载校验，使该纯切向力与所需加载纯切向力大小一致，数据采集电路将此时三维柔性阵列触觉传感器5-1的输出数据传回标定程序。

Claims (8)

1.一种三维柔性阵列触觉传感器标定装置，包括基座(1)、龙门架(2)、水平方向X轴移动机构(3)、水平方向Y轴移动机构(4)、传感器安装平台(5)、垂直方向Z轴移动机构(6)、加载头水平旋转机构(7)、加载头垂直旋转机构(8)、三维力加载头(9)，其特征是：龙门架(2)位于基座(1)中部正上方，通过螺栓连接，水平方向Y轴移动机构(4)位于基座(1)上方，与基座(1)连接，水平方向X轴移动机构(3)位于水平方向Y轴移动机构(4)上方，与水平方向Y轴移动机构(4)连接，传感器安装平台(5)位于水平方向X轴移动机构(3)上方，与水平方向X轴移动机构(3)连接，垂直方向Z轴移动机构(6)位于龙门架(2)中部，与龙门架(2)连接，加载头水平旋转机构(7)位于垂直方向Z轴移动机构(6)下方，与垂直方向Z轴移动机构(6)连接，加载头垂直旋转机构(8)位于加载头水平旋转机构(7)下方，与加载头水平旋转机构(7)连接，三维力加载头(9)位于加载头垂直旋转机构(8)一侧，其中三维力加载头(9)的轴线位于与基座(1)平面相垂直的面内，并与加载头水平旋转机构(7)中轴共面。

2.根据权利要求1所述的一种三维柔性阵列触觉传感器标定装置，其特征在于：水平方向X轴移动机构(3)设有X轴导轨(3-1)、X轴带细分驱动的步进电机(3-2)、X轴丝杆(3-3)、X轴滑块(3-4)、X轴丝杆滑块(3-5)、X轴光栅尺(3-6)、X轴光栅尺条(3-6-1)、X轴光栅尺滑块(3-6-2)，其中X轴导轨(3-1)与X轴滑块(3-4)配合，X轴导轨(3-1)与水平方向Y轴移动机构(4)所包括的Y轴双滑块(4-4)通过螺栓固定，X轴带细分驱动的步进电机(3-2)通过螺栓固定于X轴导轨(3-1)，X轴丝杆(3-3)与X轴带细分驱动的步进电机(3-2)输出轴连接，X轴丝杆(3-3)与X轴丝杆滑块(3-5)配合，X轴丝杆滑块(3-5)通过螺栓与传感器阵列基座(5-2)固定，X轴光栅尺条(3-6-2)与X轴光栅尺滑块(3-6-1)配合，X轴光栅尺条(3-6-2)与X轴导轨(3-1)通过螺栓固定，X轴光栅尺滑块(3-6-1)通过螺栓与传感器阵列基座(5-2)固定。

3.根据权利要求1所述的一种三维柔性阵列触觉传感器标定装置，其特征在于：水平方向Y轴移动机构(4)设有Y轴双导轨(4-1)、Y轴带细分驱动的步进电机(4-2)、Y轴丝杆(4-3)、Y轴双滑块(4-4)、Y轴丝杆滑块(4-5)、Y轴光栅尺(4-6)、Y轴光栅尺滑块(4-6-1)、Y轴光栅尺条(4-6-2)，其中Y轴双导轨(4-1)与Y轴双滑块(4-4)配合，双导轨通过螺栓固定于基座(1)，双滑块通过螺栓与水平方向X轴移动机构(3)所包含的X轴单导轨(3-1)固定，Y轴带细分驱动的步进电机(4-2)通过螺栓固定于基座(1)，Y轴丝杆(4-3)与Y轴带细分驱动的步进电机(4-2)输出轴连接，Y轴丝杆(4-3)与Y轴丝杆滑块(4-5)配合，Y轴丝杆滑块(4-5)通过螺栓与水平方向X轴移动机构(3)所包含的X轴导轨(3-1)固定，Y轴光栅尺条(4-6-2)与Y轴光栅尺滑块(4-6-1)配合，Y轴光栅尺条(4-6-2)与Y轴双导轨(4-1)其中的一根导轨通过螺栓固定，Y轴光栅尺滑块(4-6-1)通过螺栓与水平方向X轴移动机构(3)所包含的X轴导轨(3-1)固定。

4.根据权利要求1所述的一种三维柔性阵列触觉传感器标定装置，其特征在于：传感器安装平台(5)设有传感器阵列基座(5-2)和三维柔性阵列触觉传感器(5-1)，传感器阵列基座(5-2)通过粘胶与三维柔性阵列触觉传感器(5-1)连接，该粘胶粘附力适中，标定结束后可在不损坏传感器的情况下取下，传感器安装平台侧面设有对零孔(5-3)。

5.根据权利要求1所述的一种三维柔性阵列触觉传感器标定装置，其特征在于：垂直方向Z轴移动机构(6)设有Z轴带细分驱动的步进电机(6-1)、Z轴丝杆(6-2)、Z轴丝杆滑块(6-3)、垂直导管(6-4)、垂直滑管(6-5)、Z轴光栅尺(6-6)、Z轴光栅尺滑块(6-6-1)、Z轴光栅尺条(6-6-2)，其中垂直导管(6-4)与垂直滑管(6-5)配合，垂直导管(6-4)通过螺栓固定于龙门架(2)横梁中部，垂直滑管(6-5)通过螺栓与加载头水平旋转机构(7)所包含的水平旋转带细分驱动的步进电机(7-1)固定，Z轴带细分驱动的步进电机(6-1)通过螺栓固定于垂直导管(6-4)上端面，Z轴丝杆(6-2)与Z轴丝杆滑块(6-3)配合，Z轴丝杆(6-2)与Z轴带细分驱动的步进电机(6-1)输出轴连接，Z轴丝杆滑块(6-3)通过螺栓与垂直滑管(6-5)固定。

6.根据权利要求1所述的一种三维柔性阵列触觉传感器标定装置，其特征在于：加载头水平旋转机构(7)设有水平旋转带细分驱动的步进电机(7-1)、水平角度编码器(7-2)、水平旋转支臂(7-3)，其中水平旋转带细分驱动的步进电机(7-1)通过螺栓与垂直滑管(6-5)固定，水平旋转支臂(7-3)、水平角度编码器(7-2)分别与水平旋转带细分驱动的步进电机(7-1)输出轴同轴固定，水平角度编码器(7-2)位于水平旋转支臂(7-3)上方。

7.根据权利要求1所述的一种三维柔性阵列触觉传感器标定装置，其特征在于：加载头垂直旋转机构(8)设有垂直旋转带细分驱动的步进电机(8-1)、垂直角度编码器(8-2)、力加载头安装夹具(8-3)，其中垂直旋转带细分驱动的步进电机(8-1)通过螺栓与水平旋转支臂(7-3)固定，垂直角度编码器(8-2)、力加载头安装夹具(8-3)分别与垂直旋转带细分驱动的步进电机(8-1)输出轴同轴固定，垂直角度编码器(8-2)位于力加载头安装夹具(8-3)侧方。

8.根据权利要求1所述的一种三维柔性阵列触觉传感器标定装置，其特征在于：三维力加载头(9)设有安装支臂(9-1)、标准力传感器(9-2)、锥形嘴(9-3)、纯切向力加载臂(9-4)，其中安装支臂(9-1)与力加载头安装夹具(8-3)配合，轴向标准力传感器(9-2)、锥形嘴(9-3)、纯切向力加载臂(9-4)同轴顺序连接，纯切向力加载臂(9-4)与锥形嘴(9-3)通过螺栓连接，纯切向力加载臂(9-4)底面附有薄粘胶，当需要施加纯切向力时，将纯切向力加载臂(9-4)通过螺栓装配于锥形嘴(9-3)后端，当施加非纯切向力时，通过螺栓将纯切向力加载臂(9-4)拆卸。

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