CN107782492B

CN107782492B - 一种模块化机械臂关节力矩传感器标定平台

Info

Publication number: CN107782492B
Application number: CN201711318119.3A
Authority: CN
Inventors: 张赫; 刘玉斌; 郭会峰; 张学贺
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2017-12-12
Filing date: 2017-12-12
Publication date: 2019-11-05
Anticipated expiration: 2037-12-12
Also published as: CN107782492A

Abstract

一种模块化机械臂关节力矩传感器标定平台，它涉及一种稳定精确的扭矩输入平台，以解决现有标定传感器的平台输入输出不稳定的问题，它包括框架、力矩传递机构和底座；力矩传递机构包括固定横梁、活动横梁、托盘、绳轮组件和关节力矩传感器；关节力矩传感器包括法兰盘和应变片，法兰盘盘面上沿周向均布设置有多个应变梁；固定横梁安装在框架上，关节力矩传感器插装在布置于底座上的轴上，关节力矩传感器通过连接法兰安装于活动横梁的中部，活动横梁的一端通过绳轮组件与托盘连接，活动横梁的另一端通过绳轮组件与固定横梁连接。本发明涉及一种传感器标定平台。

Description

一种模块化机械臂关节力矩传感器标定平台

技术领域

本发明涉及一种稳定精确的扭矩输入平台，具体涉及模块化机械臂关节力矩传感器标定平台。

背景技术

机械臂关节传感器的标定工作需要稳定的恒力矩输入设备、高精度的力矩输入检测设备、指示仪器等。现有平台是通过人工或使用重物拉伸作用在传感器施加力矩，输入不稳定，且只是力矩输入，不能转化为扭矩均匀施加在被测传感器上；另有通过电机堵转等方法输入转矩，其输入值不稳定，且输入值需扭力仪检测读出，数值准确度受扭力仪的精度影响。

发明内容

本发明提供一种模块化机械臂关节力矩传感器标定平台，为解决现有标定传感器的平台输入输出不稳定的问题。

本发明的技术方案是：一种模块化机械臂关节力矩传感器标定平台包括框架、力矩传递机构和底座；

力矩传递机构包括固定横梁、活动横梁、托盘、绳轮组件和关节力矩传感器；关节力矩传感器包括法兰盘和应变片，法兰盘盘面上沿周向均布设置有多个应变梁，应变梁为相邻两个应变孔之间的隔断梁，应变梁上位于相邻两个应变孔内的两侧面分别安装有应变片；固定横梁安装在框架上，关节力矩传感器插装在布置于底座上的轴上，关节力矩传感器通过连接法兰安装于活动横梁的中部，活动横梁的一端通过绳轮组件与托盘连接，活动横梁的另一端通过绳轮组件与固定横梁连接，托盘通过绳轮组件传递转矩作用在关节力矩传感器上。

进一步地，绳轮组件包括钢丝绳和七个定滑轮组件；七个定滑轮组件分别为定滑轮组件一、定滑轮组件二、定滑轮组件三、定滑轮组件四、定滑轮组件五、定滑轮组件六和定滑轮组件七；

固定横梁上沿其长度方向依次设置有定滑轮组件一、定滑轮组件二和定滑轮组件三；活动横梁两端分别设置有定滑轮组件四和定滑轮组件五；定滑轮组件四位于定滑轮组件三下方，位于定滑轮组件五下方的底座上设置有定滑轮组件六和定滑轮组件七；钢丝绳一端与托盘连接，钢丝绳依次绕过定滑轮组件一、定滑轮组件七、定滑轮组件五、定滑轮组件六、定滑轮组件二、定滑轮组件三和定滑轮组件四后，钢丝绳的另一端固定在固定横梁上。

进一步地，定滑轮组件的定滑轮为V型导轮。

本发明相比现有技术的有益效果是：本发明采用钢丝绳、定滑轮组件、砝码、框架等搭建了一个力矩传感器标定平台，整体结构简单，输入量直观可读，可用于多种力矩传感器标定。本发明的传感器是一种机械臂关节用力矩传感器，受扭转力矩后，应变梁产生形变，由粘贴在梁两侧的应变片输出数据。对传感器的输入量和输出量进行处理和比较，从而得到一些列表征两者对应关系的标定曲线，进而可得到传感器性能指标的实测结果。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为力矩传递机构结构示意图；

图3为关节力矩传感器结构示意图；

图4为传感器的测量值和真实值之间的关系图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步地说明。

参见图1-图3说明，一种模块化机械臂关节力矩传感器标定平台包括框架1、力矩传递机构2和底座3；

力矩传递机构2包括固定横梁2-1、活动横梁2-2、托盘2-3、绳轮组件2-4和关节力矩传感器2-5；关节力矩传感器2-5包括法兰盘2-5-1和应变片2-5-2；法兰盘2-5-1盘面上沿周向均布设置有多个应变梁2-5-3，应变梁2-5-3为相邻两个应变孔2-5-4之间的隔断梁，应变梁2-5-3上位于相邻两个应变孔2-5-4内的两侧面分别安装有应变片2-5-2；

固定横梁2-1安装在框架1上，关节力矩传感器2-5插装在布置于底座3上的轴5上，关节力矩传感器2-5通过连接法兰4安装于活动横梁2-2的中部，活动横梁2-2的一端通过绳轮组件2-4与托盘2-3连接，活动横梁2-2的另一端通过绳轮组件2-4与固定横梁2-1连接，托盘2-3通过绳轮组件2-4传递转矩作用在关节力矩传感器2-5上。

本实施方式构建绳轮组件2-4，在托盘2-3里放置已知重量A的砝码，重力记为Ag，通过绳轮组件2-4传递到活动横梁2-2作用在外圈的连接法兰4上，活动横梁2-2两端滑轮座作用点相距一定距离，被测件（关节力矩传感器）位于活动横梁2-2的中部，直接计算得到转矩力臂，得到被测件受到的扭转力矩，由此可见，砝码的重力值即为被测件所受力矩值。该机构将砝码的重力通过钢丝绳和定滑轮组件的传递转化为可直接读出值的转矩作用在被测关节力矩传感器上。关节力矩传感器是一种机械臂关节用力矩传感器，受扭转力矩后，应变梁产生形变，由粘贴在梁两侧的应变片2-5-2输出数据。对传感器的输入量和输出量进行处理和比较，从而得到一些列表征两者对应关系的标定曲线，进而得到传感器性能指标的实测结果。

参见图2说明，为了保证输入输出值的稳定，设计了独特的绳轮组件2-4，具体结构为：绳轮组件2-4包括钢丝绳2-4-0和七个定滑轮组件；七个定滑轮组件分别为定滑轮组件一2-4-1、定滑轮组件二2-4-2、定滑轮组件三2-4-3、定滑轮组件四2-4-4、定滑轮组件五2-4-5、定滑轮组件六2-4-6和定滑轮组件七2-4-7；固定横梁2-1上沿其长度方向依次设置有定滑轮组件一2-4-1、定滑轮组件二2-4-2和定滑轮组件三2-4-3；活动横梁2-2两端分别设置有定滑轮组件四2-4-4和定滑轮组件五2-4-5；定滑轮组件四2-4-4位于定滑轮组件三2-4-3下方，位于定滑轮组件五2-4-5下方的底座3上设置有定滑轮组件六2-4-6和定滑轮组件七2-4-7；钢丝绳2-4-0一端与托盘2-3连接，钢丝绳2-4-0依次绕过定滑轮组件一2-4-1、定滑轮组件七2-4-7、定滑轮组件五2-4-5、定滑轮组件六2-4-6、定滑轮组件二2-4-2、定滑轮组件三2-4-3和定滑轮组件四2-4-4后，钢丝绳2-4-0的另一端固定在固定横梁2-1上。如此设置，力矩传递机构以定滑轮和钢丝绳构建成滑轮组件，在托盘2-3里放置已知重量A的砝码，重力记为Ag，通过绳轮组件2-4传递到活动横梁2-2作用在外圈的连接法兰4上，活动横梁2-2两端的定滑轮组件四2-4-4和定滑轮组件五2-4-5作用点之间的距离为0.5m，被测件（关节力矩传感器）位于中间，转矩力臂为0.5/2=0.25m，被测件（关节力矩传感器）受到的扭转力矩M=Ag×4×0.25m=Ag N·m。

为了保证在标定传感器能稳定可靠运行，钢丝绳2-4-0接触的定滑轮组件的定滑轮为V型导轮。如此设置，标定时钢丝绳能在V型槽内牢靠稳定。

参见图2说明，为了保证运行稳定可靠，底座采用相对稳定的结构，底座3包括底板3-1、立板3-2、底板梁3-3和轴固定座3-4；底板梁3-3安装在框架1上，底板3-1安装在底板梁3-3上，立板3-2安装在底板3-1上，轴固定座3-4安装在立板3-2上，布置于底座3上的轴5安装在轴固定座3-4上。如此设置，型材构建的底板梁3-3质轻便于搭建，立板3-2和底板3-1之间采用侧角撑3-5和角撑3-6加强固定，这样保证轴固定座3-4能稳定可靠的固定在立板3-2上，也保证了关节力矩传感器2-5能稳定可靠的安装在轴5上，保证标定时输入输出值稳定，提高精确度。参见图1，为了使用方便，拆装便捷，框架1为由横杆和立杆组装成的方形框架。

以某一传感器为例，进行了实际加载和减载测试，图4所示，纵轴是传感器读数（Nm），横轴是负载（Nm），加载测试是指托盘2-3中不断放置已知重量的砝码，增加后根据力矩公式可得到实际值，通过关节力矩传感器上应变片的输出得出测量值，进而得到加载曲线。减载测试是指托盘2-3中不断减少已知重量的砝码，减少后根据力矩公式可得到实际值，通过关节力矩传感器上应变片的输出得出测量值，进而得到减载曲线，图4中较平直的曲线代表加载标定曲线，中部较波动的曲线代表减载标定曲线。依据该曲线不仅可以得到传感器的性能参数，而且可以依据标定数据对传感器曲线进行优化拟合来提高实际测量精度。

本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质对以上实施案例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案范围。

Claims

1.一种模块化机械臂关节力矩传感器标定平台，其特征在于：它包括框架（1）、力矩传递机构（2）和底座（3）；

力矩传递机构（2）包括固定横梁（2-1）、活动横梁（2-2）、托盘（2-3）、绳轮组件（2-4）和关节力矩传感器（2-5）；关节力矩传感器（2-5）包括法兰盘（2-5-1）和应变片（2-5-2），法兰盘（2-5-1）盘面上沿周向均布设置有多个应变梁（2-5-3），应变梁（2-5-3）为相邻两个应变孔（2-5-4）之间的隔断梁，应变梁（2-5-3）上位于相邻两个应变孔（2-5-4）内的两侧面分别安装有应变片（2-5-2）；固定横梁（2-1）安装在框架（1）上，关节力矩传感器（2-5）插装在布置于底座（3）上的轴（5）上，关节力矩传感器（2-5）通过连接法兰（4）安装于活动横梁（2-2）的中部，活动横梁（2-2）的一端通过绳轮组件（2-4）与托盘（2-3）连接，活动横梁（2-2）的另一端通过绳轮组件（2-4）与固定横梁（2-1）连接，托盘（2-3）通过绳轮组件（2-4）传递转矩作用在关节力矩传感器（2-5）上；

绳轮组件（2-4）包括钢丝绳（2-4-0）和七个定滑轮组件；七个定滑轮组件分别为定滑轮组件一（2-4-1）、定滑轮组件二（2-4-2）、定滑轮组件三（2-4-3）、定滑轮组件四（2-4-4）、定滑轮组件五（2-4-5）、定滑轮组件六（2-4-6）和定滑轮组件七（2-4-7）；固定横梁（2-1）上沿其长度方向依次设置有定滑轮组件一（2-4-1）、定滑轮组件二（2-4-2）和定滑轮组件三（2-4-3）；活动横梁（2-2）两端分别设置有定滑轮组件四（2-4-4）和定滑轮组件五（2-4-5）；定滑轮组件四（2-4-4）位于定滑轮组件三（2-4-3）下方，位于定滑轮组件五（2-4-5）下方的底座（3）上设置有定滑轮组件六（2-4-6）和定滑轮组件七（2-4-7）；钢丝绳（2-4-0）一端与托盘（2-3）连接，钢丝绳（2-4-0）依次绕过定滑轮组件一（2-4-1）、定滑轮组件七（2-4-7）、定滑轮组件五（2-4-5）、定滑轮组件六（2-4-6）、定滑轮组件二（2-4-2）、定滑轮组件三（2-4-3）和定滑轮组件四（2-4-4）后，钢丝绳（2-4-0）的另一端固定在固定横梁（2-1）上。

2.根据权利要求1所述一种模块化机械臂关节力矩传感器标定平台，其特征在于：定滑轮组件的定滑轮为V型导轮。

3.根据权利要求2所述一种模块化机械臂关节力矩传感器标定平台，其特征在于：底座（3）包括底板（3-1）、立板（3-2）、底板梁（3-3）和轴固定座（3-4）；底板梁（3-3）安装在框架（1）上，底板（3-1）安装在底板梁（3-3）上，立板（3-2）安装在底板（3-1）上，轴固定座（3-4）安装在立板（3-2）上，布置于底座（3）上的轴（5）安装在轴固定座（3-4）上。

4.根据权利要求3所述一种模块化机械臂关节力矩传感器标定平台，其特征在于：框架（1）为由横杆和立杆组装成的方形框架。