CN105371999A - 滚珠解耦并联六维力测力平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种滚珠解耦并联六维力测力平台，包括上平台、下平台、滚珠解耦测力分支和三向限位块组成。该测力平台每个滚珠解耦测力分支由上铰座安装块、滚珠式上球铰、上锁紧螺母、单维拉压力传感器、下锁紧螺母、滚珠式下球铰或万向铰、下铰座安装块组成；滚珠解耦测力分支通过滚珠式上、下球铰分别与上、下铰座安装块连接，安装在铰座安装块上的滚珠式上、下球铰的中心连线与平台测力面可成20度角至70度角，通过滚珠解耦测力分支与平台测力面成不同夹角而改变测力平台的测量范围。本发明结构简单、维间耦合小、输入输出关系明确，测量精度高，可应用于航空航天等领域。

Description

滚珠解耦并联六维力测力平台

技术领域

本发明属于传感器领域，特别涉及一种滚珠解耦并联六维力测力平台。

背景技术

把被测量按一定的规律转换为另一种参量的器件或测量装置称为传感器。传感器是获取自然界以及生产领域中所需要信息的主要途径。在生产实践中用于测量力值的力传感器是最基本的一种传感器。六维力传感器因其能够测量空间六维力的大小和方向在加工、制造以及检测等各种领域中有着广泛应用。在六维力传感器分类中，可将大测力面大量程测力传感器装置称为测力平台。

Stewart并联机构可将空间六维力转换成六个分支上的拉压力，因此已被用于空间六维力的测量，但是由于目前的基于Stewart平台的六维测力台其六个分支上、下12个球副为滑动摩擦球铰，使得分支间耦合大，测量精度低。为解决这一问题，人们已提出了一些基于Stewart并联机构所设计的六维力传感器方案，例如，ZL200710061531.1，ZL200710061521.8分别公开了以预紧式并联结构为弹性体的六维力传感器，其采用球窝锥头式球面副代替Stewart机构中滑动摩擦球铰，并通过中间支路或预紧平台进行整体预紧。该六维力传感器结构消除了球面副的间隙，降低了各球面副的滑动摩擦力矩，具有便于预紧等优点，但测量载荷量程受到所加预紧力的限制，因此传感器量程受到限制。专利ZL200710023654.6公开了一种大应变变形比六维力传感器结构，具有结构简单、量程大等优点。专利专利ZL200810055347.0公开了一种整体双预紧上下非对称七杆并联六维力传感器，采用了锥头式球面副，具有刚度高、测量精度高等优点。ZL200910075789.6公开的一种过约束大量程并联六维测力平台，采用多测力支链构成空间过约束并联结构，从而实现大量程六维力测量。由于测力分支内采用的传统球关节使关节间摩擦都是滑动摩擦，导致维间耦合大，影响并限制了测量精度的提高，且测量平台外形体积相对较大。

发明内容

针对现有六维力测力平台存在耦合大、精度低等不足，提供了一种维间摩擦耦合小，测量精度高，结构简单的并联六维力测力平台。

本发明的技术方案如下：

本发明包括上平台、下平台、分支限位块和连接上、下平台的滚珠解耦测力分支组成，每个滚珠解耦测力分支由上铰座安装块、滚珠式上球铰、上锁紧螺母、单维拉压力传感器、下锁紧螺母、滚珠式下球铰和下铰座安装块组成并顺序连接，在下平台的四个角上均设安装有三向限位块，三向限位块的一端固定在下平台上，其另一端与上平台之间留有0.1-2mm的间隙，在于三向限位块相对应的上平台上均设有螺孔和调节螺栓，当测力平台过载时上平台与三向限位块接触受力防止传感器过载。滚珠解耦测力分支中的上、下铰座安装块分别固定在上、下平台上，与上、下铰座安装块连接的滚珠式上、下球铰的中心连线与平台测力面可成20度角至70度角。所述的滚珠解耦测力分支数量可根据不同测量量程需求为6到36条。滚珠解耦测力分支为正交分布设置时,滚珠解耦测力分支分为垂向测力分支与水平测力分支进行设置，且两类分支数目分别不少于三个。其中，垂向测力分支垂直于平台测力面；水平分支平行于平台测力面。滚珠式下球铰能够用带有滚动轴承万向铰代替。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、关节间为滚动摩擦，关节摩擦耦合小，测量精度高。

2、分支布置方式使测力平台各分支输出值与被测六维力便于解耦，解算关系简单明晰。

3、通过改变滚珠解耦测力分支角度布置以及分支数目，可改变测力平台测量范围。

4、结构简单，装配调试方便。

附图说明

图1为本发明的8分支滚珠解耦并联六维力测力平台示意简图；

图2为本发明的16分支滚珠解耦并联六维力测力平台示意简图；

图3为本发明的8分支正交分布滚珠解耦并联六维力测力平台示意简图；

图4为本发明双滚珠式球铰滚珠解耦测力分支结构示意简图；

图5为本发明滚珠式—解耦万向铰滚珠解耦测力分支结构示意简图。

图中：1、上平台；2、上铰座安装块；3、滚珠式上球铰；4、上锁紧螺母；5、单维拉压力传感器；6、下部锁紧螺母；7、三向限位块；8、滚珠式下球铰；9、下铰座安装块；10、下平台；11、滚动轴承万向铰。

具体实施方式

实施例1

在图1所示的滚珠解耦并联六维力测力平台示意图中，上平台1通过8条滚珠解耦测力分支与下平台10连接。每个滚珠解耦测力分支由上铰座安装块2、滚珠式上球铰3、上锁紧螺母4、单维拉压力传感器5、下锁紧螺母6、滚珠式下球铰8、下铰座安装块9依次连接组成，如图4所示。分布在平台相同侧的滚珠解耦测力分支上、下滚珠式球铰的中心连接线相交所成平面，与分布在平台相邻侧的滚珠解耦测力分支上、下滚珠式球铰的中心连接线相交所成平面垂直。滚珠解耦测力分支的上铰座安装块2连接上平台1，下铰座安装块9连接下平台10。滚珠式上球铰3、滚珠式下球铰8连接在单维拉压力传感器5上，在球铰与传感器螺纹连接处有上锁紧螺母4、下锁紧螺母6，安装完成后进行锁紧。下平台四角安装有三向限位块7，该三向限位块的一端固定在下平台上，其另一端与上平台之间留有0.9-1mm的间隙，在于三向限位块相对应的上平台上均设有螺孔和调节螺栓，当测力平台在一个测量方向过载时，传感器与分支产生变形，此时三向限位块7在该测量方向上与上平台开始接触受力，该方向测量分支不再承受过载载荷。

实施例2

在图2所示的滚珠解耦并联六维力测力平台示意图中，上平台通过16条滚珠解耦测力分支与下平台连接，每个滚珠解耦测力分支中的滚珠式下球铰替换为滚动轴承万向铰11(如图5所示)，滚珠解耦测力分支的部件和连接关系与实施例1相同。滚珠解耦测力分支数目为16条，在平台相同侧分布的滚珠解耦测力分支为4条。三向限位块7的作用与实施例1相同。

实施例3

在图3所示的滚珠解耦并联六维力测力平台示意图中，上平台1通过8条滚珠解耦测力分支与下平台连接。滚珠解耦测力分支的部件和连接关系与实施例1相同。滚珠解耦测力分支分为垂向分支与水平分支进行安装。其中，垂向分支垂直于平台测力面，分布在水平分支平行于平台测力面。三向限位块7的作用与实施例1相同。

Claims (9)

1.一种滚珠解耦并联六维力测力平台，由上平台、下平台、分支限位块和连接上、下平台的滚珠解耦测力分支组成，其特征是：每个滚珠解耦测力分支由上铰座安装块、滚珠式上球铰、上锁紧螺母、单维拉压力传感器、下锁紧螺母、滚珠式下球铰和下铰座安装块组成并依次连接，在下平台上安装有三向限位块，当测力平台过载时上平台与三向限位块接触受力防止传感器过载。

2.根据权利要求1所述的滚珠解耦并联六维力测力平台，其特征是：所述的滚珠解耦测力分支数量可根据不同测量量程需求为6到36条。

3.根据权利要求2所述的滚珠解耦并联六维力测力平台，其特征是：所述滚珠解耦测力分支为正交分布安装,滚珠解耦测力分支分为垂向测力分支与水平测力分支进行安装，且两类分支数目分别不少于三个；其中，垂向测力分支垂直于平台测力面；水平分支平行于平台测力面。

4.根据权利要求3所述的滚珠解耦并联六维力测力平台，其特征是：所述滚珠解耦测力分支中的水平测力分支球铰中心连线相互垂直或平行。

5.根据权利要求2所述的滚珠解耦并联六维力测力平台，其特征是：所述滚珠解耦测力分支数量为偶数，下铰座安装块相邻的两个滚珠解耦测力分支为一组，其四个球铰中心所构成平面垂直于平台侧力面且各组分支所构成平面相互平行或垂直。

6.根据权利要求1所述的滚珠擦解耦并联六维力测力平台，其特征是：所述滚珠解耦测力分支中铰座安装块分别安装在上、下平台上，安装在铰座安装块上的滚珠式上、下球铰的中心连线与平台测力面可成20度角至70度角。

7.根据权利要求6所述的滚珠解耦并联六维力测力平台，其特征是：所述滚珠解耦测力分支的安装布置为滚珠式上、下球铰的中心连线与上平台测力面可成30度、45度或60度三种安装布置。

8.根据权利要求1所述的滚珠解耦并联六维力测力平台，其特征是：所述滚珠式下球铰用带有滚动轴承的万向铰代替。

9.根据权利要求1所述的滚珠解耦并联六维力测力平台，其特征是：所述三向限位块的一端固定在下平台上，其另一端与上平台之间留有0.1-2mm的间隙，在于三向限位块相对应的上平台上均设有螺孔和调节螺栓。