CN1727861A - 并联六维力传感器标定装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种并联六维力传感器标定装置。包括长短框组成的龙门式支撑框架，加载减速机，标准单向力传感器，加载坐标十字架，标定装置固定平台，载荷传递绳索和滑轮组。它可以对力传感器尤其是六维力传感器进行广义加载，并进行系统的标定；标定装置采用大速比减速机来施加载荷，采用龙门式结构作支撑框架，因此整个装置结构比较简单、紧凑，制造成本低；支撑框架上的滑轮位置安既定的位置精确定位加工，这可以保证施加载荷的精度。本发明为并联六维力传感器的加载与标定提供了实用、可靠的标定装置，也为大尺寸、大量程力传感器提供了广义加载装置。

Description

并联六维力传感器标定装置

技术领域

本发明涉及广义加载装置，特别是涉及一种并联六维力传感器标定装置。

背景技术

目前力传感器的标定，大多采用施加标准砝码的加载方式来进行标定，这种方法往往只能对传感器进行单向标定，不适合对多维力传感器进行复合加载与标定，且这种方法不适合对大量程传感器进行标定。虽然可以通过杠杆原理在一定的加载砝码下将施加载荷放大，但这种方法对传感器的加载精度不高，对传感器尤其是多维力传感器各向力矩的标定不精确、不系统，也不适合大尺寸传感器的广义加载与标定。

发明内容

本发明的目的是提供一种并联六维力传感器标定装置，为大尺寸多维力传感器标定提供了一种紧凑的、理想的装置。

本发明采用的技术方案是：包括长短框组成的龙门式支撑框架，加载减速机，标准单向力传感器，加载坐标十字架，标定装置固定平台，载荷传递绳索和滑轮组。其中：

1)长短框组成的龙门式支撑框架和被加载对象并联六维力传感器分别固定在标定装置固定平台的两端平面上，外侧龙门式支撑框架长框两根竖梁之间装有五个滑轮；加载减速机固定在外侧龙门式支撑框架长框上的滑轮组下端；加载坐标十字架固定在被加载对象并联六维力传感器上平面上；标准单向力传感器的一端连接载荷传递绳索后，载荷传递绳索绕过任意一个滑轮后再缠绕在加载减速机的绳索卷筒上，单向力传感器的另一端经绳索与加载坐标十字架上的孔连接，或单向力传感器的另一端经绳索绕过内侧龙门式支撑框架短框两根竖梁之间的滑轮和外侧龙门式支撑框架长框两根竖梁之间最下面的滑轮后，再缠绕在加载减速机的绳索卷筒上；

2)载荷传递绳索绕过龙门式支撑框架短框上的滑轮时，保证载荷传递绳索与水平面的角度为0°，载荷传递绳索直接绕过龙门式支撑框架长框上最下端的滑轮时，保证载荷传递绳索与水平面的角度为15°，此后载荷传递绳索绕过的滑轮每升一级，保证载荷传递绳索与水平面的角度增加5°，最终得到的载荷传递绳索与水平面的夹角分别为0，15°，20°，25°，30°，35°。

所述的加载坐标十字架从中心孔到四边每边均等分开有二个小孔，小孔与中心孔的距离分别为100mm、200mm。所述的加载减速机为涡轮蜗杆式减速器，其输出轴连接一个绳索卷筒。

所述的标准单向力传感器为电阻应变式传感器。

本发明与现有的力传感器标定装置相比，具有的有益的效果是：它可以对力传感器尤其是多维力传感器进行广义加载，并进行系统的标定；标定装置采用大速比减速机来施加载荷，采用龙门式结构作支撑框架，因此整个装置结构比较简单、紧凑，制造成本低；支撑框架上的滑轮位置安既定的位置精确定位加工，这可以保证施加载荷的精度。本发明为多维力传感器的加载与标定提供了实用、可靠的标定装置，也为大尺寸、大量程力传感器提供了广义加载装置。

附图说明

图1是本发明结构原理示意图；

图2是图1的左视图；

图3是本发明立体结构示意图。

图中：1、长短框组成的龙门式支撑框架，2、被加载对象并联六维力传感器，3、加载减速机，4、标准单向力传感器，5、加载坐标十字架，6、标定装置固定平台，7、载荷传递绳索，8、滑轮组。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1、图2、图3所示，本发明包括长短框组成的龙门式支撑框架1，加载减速机3，标准单向力传感器4，加载坐标十字架5，标定装置固定平台6，载荷传递绳索7和滑轮组8；其中：

1)长短框组成的龙门式支撑框架1和被加载对象并联六维力传感器2分别固定在标定装置固定平台6的两端平面上，外侧龙门式支撑框架1长框两根竖梁之间装有五个滑轮8a、8b、8c、8d、8e；加载减速机3固定在外侧龙门式支撑框架1长框上的滑轮组8下端；加载坐标十字架5通过三个螺栓固定在被加载对象并联六维力传感器2的上圆环上，并保证加载坐标十字架5和被加载对象并联六维力传感器2上圆环的坐标系严格一致，且加载坐标十字架5上的各加载点和长短框组成的龙门式支撑框架1短框两根竖梁之间的滑轮8f在同一水平上；标准单向力传感器4的一端连接载荷传递绳索7后，载荷传递绳索7绕过任意一个滑轮后再缠绕在加载减速机3的绳索卷筒3b上，单向力传感器4的另一端经绳索与加载坐标十字架5上的孔连接，或单向力传感器4的另一端经绳索绕过内侧龙门式支撑框架1短框两根竖梁之间的滑轮8f和外侧龙门式支撑框架1长框两根竖梁之间最下面的滑轮8e后，再缠绕在加载减速机3的绳索卷筒3b上；

2)载荷传递绳索7绕过龙门式支撑框架1短框上的滑轮8f时，保证载荷传递绳索7与水平面的角度为0°，载荷传递绳索7直接绕过龙门式支撑框架1长框上最下端的滑轮8e时，保证载荷传递绳索7与水平面的角度为15°，此后载荷传递绳索7绕过的滑轮每升一级，保证载荷传递绳索7与水平面的角度增加5°，最终得到的载荷传递绳索7与水平面的夹角分别为0°，15°，20°，25°，30°，35°。

所述的加载坐标十字架5从中心孔到四边每边均等分开有二个小孔，小孔与中心孔的距离分别为100mm、200mm。

所述的加载减速机3为涡轮蜗杆式减速器，其输出轴连接一个绳索卷筒3b。

所述的标准单向力传感器4为电阻应变式传感器。

本发明的工作原理如下：

被加载对象并联六维力传感器2的标定装置的主要功能是提供标准的广义加载，用标准的广义载荷去标定被加载对象并联六维力传感器的各向静态性能指标。

对被加载对象并联六维力传感器2的X向进行标定：将被加载对象并联六维力传感器2和加载装置一起分别固定在标定装置固定平台6上，并使被加载对象并联六维力传感器2的X轴与载荷传递绳索7在水平面上的投影重合；载荷传递绳索7串接标准单向力传感器4，绕过龙门式支撑架1内侧的短边上的滑轮8f，使得从加载坐标十字架5到滑轮8f这段绳索呈水平后，再绕过龙门式支撑架1外侧的长边上的滑轮8e后缠绕在减速机3的绳索卷筒3b上。手摇加载减速机3的手轮，通过涡轮蜗杆箱3a产生输出力矩，通过绳索卷筒3b转换成载荷传递绳索7的张紧力K，这个张紧力K通过各滑轮后作用到被加载对象并联六维力传感器上，其大小由标准单向力传感器4来检测。每加载一个力值，记录被加载对象并联六维力传感器六个拉压力传感器的输出，加载力值从零到满量程依次加载6次。

将被加载对象并联六维力传感器2绕其中心旋转90度，将Y轴转到刚才X轴方向，同理就可以标定Y向。

对被加载对象并联六维力传感器2的Z向进行标定：将被加载对象并联六维力传感器2和加载装置一起分别固定在标定装置固定平台6上，传感器6的中心到龙门式支撑架1外测的长框上的滑轮中心的水平距离为L；并使被加载对象并联六维力传感器2的Y轴与载荷传递绳索7在水平面上的投影重合；载荷传递绳索7串接标准单向力传感器4，绕过龙门式支撑架1外侧的长边上的滑轮8a后缠绕在减速机3的绳索卷筒3b上。手摇加载减速机3的手轮进行加载标定，作用在被加载对象并联六维力传感器2上的载荷为Fz＝K*sin35°，Fy＝K*cos35°。每加载一个力值，记录被加载对象并联六维力传感器六个拉压力传感器的输出，加载力值从零到满量程依次加载6次。再将载荷传递绳索7串接标准单向力传感器4，分别绕过龙门式支撑架1外侧的长边上的滑轮8b，8c，8d，8e后缠绕在减速机3的绳索卷筒3b上。手摇加载减速机3的手轮进行加载标定，作用在被加载对象并联六维力传感器6上的载荷分别为Fz＝K*sin30°，Fy＝K*cos30°；Fz＝K*sin25°，Fy＝K*cos25°；Fz＝K*sin20°，Fy＝K*cos20°；Fz＝K*sin15°，Fy＝K*cos15°每加载一个力值，记录被加载对象并联六维力传感器六个拉压力传感器的输出，加载力值从零到满量程依次加载6次。

对被加载对象并联六维力传感器2的力和力矩进行综合标定：将被加载对象并联六维力传感器2和加载装置一起分别固定在标定装置固定平台6上，传感器2的中心到龙门式支撑架1外测的长框上的滑轮中心的水平距离为L，并使被加载对象并联六维力传感器6的X轴与载荷传递绳索7在水平面上的投影平行；将加载坐标十字架上的加载点沿Y轴偏移中心距离S；载荷传递绳索7一端接加载点，另一端串接标准单向力传感器4，分别绕过龙门式支撑架1外侧的长边上的滑轮8a，8b，8c，8d，8e后缠绕在减速机3的绳索卷筒3b上。手摇加载减速机3的手轮进行加载标定，作用在被加载对象并联六维力传感器6上的载荷为Fz＝K*sin35°，Fx＝K*cos35°；Fz＝K*sin30°，Fy＝K*cos30°；Fz＝K*sin25°，Fy＝K*cos25°；Fz＝K*sin20°，Fy＝K*cos20°；Fz＝K*sin15°，Fy＝K*cos15°；而力矩为Mx＝Fz*S，Mz＝Fx*S。每加载一个力值，记录被加载对象并联六维力传感器六个拉压力传感器的输出，加载力值从零到满量程依次加载6次。

将被加载对象并联六维力传感器2绕其中心旋转90度，将Y轴转到刚才X轴方向，同理就可以对被加载对象并联六维力传感器作用载荷Fz＝K*sin35°，Fy＝K*cos35°；Fz＝K*sin30°，Fy＝K*cos30°；Fz＝K*sin25°，Fy＝K*cos25°；Fz＝K*sin20°，Fy＝K*cos20°；Fz＝K*sin15°，Fy＝K*cos15°；My＝Fz*S，Mz＝Fy*S。同理，记录被加载对象并联六维力传感器六个拉压力传感器的输出，加载力值从零到满量程依次加载6次。

通过检测标准6维载荷F(Fx，Fy，Fz，Mx，My，Mz)与被加载对象并联六维力传感器的六个拉压传感器输出力f(f1，f2，f3，f4，f5，f6)间的关系，就可以系统的描述出该传感器的标定矩阵G，且他们存在着这样的关系：G＝F′·f；G：传感器的标定矩阵；F：加载的标准六维力载荷；f：传感器输出的六个拉压力。标定矩阵G的准确度，决定了该传感器测力时的精确度。本发明的最主要目的就是利用这样的装置，准确的标定出多维力传感器，尤其是被加载对象并联六维力传感器的标定矩阵G。

Claims (4)

1、并联六维力传感器标定装置，其特征在于：包括长短框组成的龙门式支撑框架(1)，加载减速机(3)，标准单向力传感器(4)，加载坐标十字架(5)，标定装置固定平台(6)，载荷传递绳索(7)和滑轮组(8)；其中：

1)长短框组成的龙门式支撑框架(1)和被加载对象并联六维力传感器(2)分别固定在标定装置固定平台(6)的两端平面上，外侧龙门式支撑框架(1)长框两根竖梁之间装有五个滑轮(8a、8b、8c、8d、8e)；加载减速机(3)固定在外侧龙门式支撑框架(1)长框上的滑轮组(8)下端；加载坐标十字架(5)固定在被加载对象并联六维力传感器(2)上平面上；标准单向力传感器(4)的一端连接载荷传递绳索(7)后，载荷传递绳索(7)绕过任意一个滑轮后再缠绕在加载减速机(3)的绳索卷筒(3b)上，单向力传感器(4)的另一端经绳索与加载坐标十字架(5)上的孔连接，或单向力传感器(4)的另一端经绳索绕过内侧龙门式支撑框架(1)短框两根竖梁之间的滑轮(8f)和外侧龙门式支撑框架(1)长框两根竖梁之间最下面的滑轮(8e)后，再缠绕在加载减速机(3)的绳索卷筒上；

2)载荷传递绳索(7)绕过龙门式支撑框架(1)短框上的滑轮(8f)时，保证载荷传递绳索(7)与水平面的角度为0°，载荷传递绳索(7)直接绕过龙门式支撑框架(1)长框上最下端的滑轮(8e)时，保证载荷传递绳索(7)与水平面的角度为15°，此后载荷传递绳索(7)绕过的滑轮每升一级，保证载荷传递绳索(7)与水平面的角度增加5°，最终得到的载荷传递绳索(7)与水平面的夹角分别为0°，15°，20°，25°，30°，35°。

2、根据权利要求1所述的并联六维力传感器标定装置，其特征在于：所述的加载坐标十字架(5)从中心孔到四边每边均等分开有二个小孔，小孔与中心孔的距离分别为100mm、200mm。

3、根据权利要求1所述的并联六维力传感器标定装置，其特征在于：所述的加载减速机(3)为涡轮蜗杆式减速器，其输出轴连接一个绳索卷筒(3b)。

4、根据权利要求1所述的并联六维力传感器标定装置，其特征在于：所述的标准单向力传感器(4)为电阻应变式传感器。

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