CN209542818U - 一种磁力和磁力矩六维强度全场分布自动检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出一种磁力和磁力矩六维强度全场分布自动检测装置，属于磁力和磁力矩检测领域，包括支承装置(1)、电气控制系统(2)、三自由度模组系统(3)、检测装置(4)，所述电气控制系统(2)通过螺钉连接在支承装置(1)上，所述三自由度模组系统(3)通过螺钉连接在支承装置(1)上，所述检测装置(4)通过螺钉固定于三自由度模组系统(3)上；所述电气控制系统(2)用于控制电机转动和传输磁力、磁力矩信号，所述三自由度模组系统(3)用于实现检测装置(4)在三个方向的直线运动，所述检测装置(4)用于检测磁力和磁力矩。上述装置能够实现对不同位置的六维磁力和磁力矩检测。
Description
技术领域
本实用新型属于磁力和磁力矩检测领域，具体地，涉及一种磁力和磁力矩六维强度全场分布自动检测装置。
背景技术
在机械、生物、生命、医学、物理、化学、仿生、微纳控制等新兴交叉学科或领域中，由于磁力驱动具有可控性好、跨空间、无线驱动、驱动力大等特点，被广泛应用，但是目前还没有检测被控对象所受到的永磁或电磁磁力和磁力矩六维强度全场分布的自动检测装置。
近年来磁力检测有所发展，现有的磁力检测装置大多是针对加工后的单个磁铁样品或带有磁铁的注塑产品，通过定性比较磁铁产品产生磁力的大小，以此来判断该产品的质量；或是通过检测磁通量密度大小来判断充磁产品的质量。然而国内对磁力和磁力矩六维强度全场分布和驱动能力的研究正处于起步阶段，研究资料相对国外较少，现有的技术中，还没有能够对磁力和磁力矩六维强度全场分布的自动检测装置。探究磁力和磁力矩六维强度全场分布规律能促进无缆驱动、空间驱动、机器人学、生物医学、微纳控制等领域的进一步发展与应用。因此，设计出磁力和磁力矩六维强度全场分布自动检测装置对多维空间磁力和磁力矩驱动和检测的发展具有重大意义。
综上所述，磁力和磁力矩六维强度全场分布自动检测的发展迫切需要一种装置，可以使用计算机控制磁性探头到达永磁或电磁被测区域的各个位置，四维力传感器通过不同的安装方式完成对六维空间耦合的磁力和磁力矩进行自动检测。设计开发出一种磁力和磁力矩六维强度全场分布自动检测装置对磁力和磁力矩六维强度全场分布规律及驱动能力的研究具有重要意义与研究价值。
实用新型内容
为了解决现有技术中存在的问题，本实用新型提供了一种磁力和磁力矩六维强度全场分布自动检测装置，通过改变四维力传感器的安装方式进行自动检测被检区域磁力和磁力矩六维强度全场分布大小。
为实现上述目的，本实用新型提供了一种磁力和磁力矩六维强度全场分布自动检测装置，包括支承装置、电气控制系统、三自由度模组系统、检测装置，所述电气控制系统通过螺钉连接在支承装置上，所述三自由度模组系统通过螺钉连接在支承装置上，所述检测装置通过螺钉固定于三自由度模组系统上；所述电气控制系统用于控制电机转动和传输磁力、磁力矩信号，所述三自由度模组系统用于实现检测装置三个方向的直线运动，所述检测装置用于检测磁力和磁力矩。
优选的是，所述的支承装置包括调平减震脚、支架、底座、电气元件安装板，所述底座的底面和顶面钻有螺纹孔，用于连接调平减震脚、支架、电气元件安装板；所述支架采用焊接加工，通过M8的螺钉安装于底座上表面；所述4个调平减震脚分别通过M5的螺钉安装在底座的下表面，用于承载、调平和减振；所述电气元件安装板通过 M4的螺钉安装于底座上表面，用于安装各电气控制元件。
优选的是，所述的电气控制系统包括电压转换器、X/Y/Z轴电机驱动器、功率放大器、旋转电机驱动器，所述电压转换器通过螺钉安装于电气元件安装板上，用于将220V电压转换为电机需要的12V电压；所述功率放大器通过螺钉安装于电气元件安装板上，用于对四维力传感器采集到的力和力矩信号进行转换、传输；所述旋转电机驱动器通过螺钉连接于电气元件安装板上，用于驱动旋转电机；所述X/Y/Z 轴电机驱动器通过螺钉安装于电气元件安装板上，用于驱动X/Y/Z轴的电机。
优选的是，所述三自由度模组系统包括Y轴导轨支承座、Y轴丝杠支承座、Y轴电机安装板、Y轴电机、Y轴丝杠固定座、Y轴导轨、 Y轴导轨滑块、Y轴丝杠螺母、Y轴丝杠、Y轴联轴器，X轴丝杠固定座、X轴导轨支承座、X轴滑块、X轴丝杠、X轴连接块、X轴螺母、 X轴电机、X轴丝杠支承座、X轴电机安装板、X轴联轴器，Z轴连接块、Z轴导轨支承座、Z轴电机安装板、Z轴电机、Z轴联轴器、Z轴丝杠、Z轴丝杠支承座、Z轴导轨、Z轴滑块、Z轴丝杠螺母、Z轴丝杠固定座，所述Y轴电机安装板通过螺钉安装于Y轴导轨支承座的左端面，所述Y轴电机通过螺钉固定于Y轴电机安装板上；所述Y轴丝杠固定座通过螺钉固定于Y轴导轨支承座的右端面，所述Y轴丝杠支承座通过螺钉固定于Y轴导轨支承座的上表面；所述Y轴导轨通过螺钉固定于导轨支承座上表面，所述Y轴导轨滑块与Y轴导轨配合；所述Y轴丝杠穿过Y轴丝杠螺母通过支承座和Y轴丝杠固定座固定；所述Y轴丝杠自由端和Y轴电机通过Y轴联轴器连接，实现驱动；所述X轴导轨支承座通过X轴电机安装板与Y轴丝杠螺母连接，所述Z轴导轨支承座通过Z轴连接块与X轴丝杠螺母连接，X轴和Z轴上的部件连接方式同Y轴，通过两两垂直的安装方式实现X/Y/Z方向的运动。
优选的是，所述检测装置包括旋转电机、连接架、固定座、Z向四维力传感器、Z向法兰座、Z向探杆、Z向探头，Y向四维力传感器、 Y向锁紧螺母、Y向法兰座、Y向延长杆、Y向探杆、Y向探头，X向锁紧螺母、X向法兰座、X向四维力传感器、X向延长杆、X向探杆、 X向探头；所述连接架通过螺钉安装于Z轴丝杠螺母上，所述旋转电机通过螺钉安装于连接架上，所述固定座通过螺钉连接旋转电机和Z 向四维力传感器，所述Z向法兰座通过螺钉与Z向四维力传感器连接，所述Z向探杆顶端与Z向法兰座底面的光孔配合并通过螺钉锁紧，所述Z向探杆下端粘有Z向探头；所述Y向四维力传感器通过螺钉安装于连接架上，所述Y向法兰座通过螺钉连接于Y向四维力传感器端面，所述Y向延长杆穿过Y向法兰座的配合孔并通过螺母锁紧，所述Y向探杆与Y向延长杆底端光孔配合并通过径向螺钉锁紧，所述Y向探头用胶粘于Y向探杆底端；所述X向四维力传感器安装于连接架上，所述X向法兰座通过螺钉安装于X向四维力传感器端面，所述X向延长杆穿过X向法兰座的配合孔并通过锁紧螺母锁紧，所述X向探杆与X 向延长杆底端的光孔配合并通过径向螺钉锁紧，所述X向探头用胶粘于X向探杆底端，用于检测磁力和磁力矩。
本实用新型的有益效果在于上述磁力和磁力矩六维强度全场分布自动检测装置结构简单、可靠性好、使用方便、成本低廉、检测精度高；三自由度模组采用精密步进电机、精密滚珠丝杠、精密导轨，定位精度高，可实现自动控制；检测装置基于传感器检测原理设计，拆卸方便，这样能更好地测量磁力和磁力矩。
附图说明
图1为本实用新型的总体结构示意图
图2为本实用新型的支承装置细节图
图3为本实用新型的电气控制系统安装细节图
图4为本实用新型的三自由度模组系统安装细节图
图5为本实用新型的检测装置安装方案A细节图
图6为本实用新型的检测装置安装方案B细节图
图7为本实用新型的检测装置安装方案C细节图
图8为本实用新型的自动检测实验流程图
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步的说明。
如图1所示，本实用新型所涉及的磁力和磁力矩六维强度全场分布自动检测装置包括支承装置(1)、电气控制系统(2)、三自由度模组系统(3)、检测装置(4)，所述电气控制系统(2)通过螺钉连接在支承装置(1)上，所述三自由度模组系统(3)通过螺钉连接在支承装置(1)上，所述检测装置(4)通过螺钉固定于三自由度模组系统(3)上；所述电气控制系统(2)用于控制电机转动和传输磁力、磁力矩信号，所述三自由度模组系统(3)用于实现检测装置(4)三个方向的直线运动，所述检测装置(4)用于检测磁力和磁力矩。
本实用新型中支承装置细节如图2所示，所述支承装置(1)包括调平减震脚(101)、支架(102)、底座(103)、电气元件安装板一 (104)和电气元件安装板二(105)，所述底座(103)的底面和顶面钻有螺纹孔，用于连接调平减震脚(101)、支架(102)、电气元件安装板一(104)和电气元件安装板二(105)；所述支架(102)采用焊接加工，通过M8的螺钉安装于底座(103)上表面；所述4个调平减震脚(101)分别通过M5的螺钉安装在底座(103)的下表面，用于承载、调平和减振；所述电气元件安装板一(104)和电气元件安装板二(105)通过M4的螺钉安装于底座(103)上表面，用于安装各电气控制元件。
本实用新型的电气控制系统安装细节如图3所示，所述电气控制系统(2)包括电压转换器(201)、X/Y/Z轴电机驱动器(202)、功率放大器(203)、旋转电机驱动器(204)，所述电压转换器(201)通过螺钉安装于电气元件安装板二(105)上，用于将220V电压转换为电机需要的12V电压；所述功率放大器(203)通过螺钉安装于电气元件安装板二(105)上，用于对四维力传感器采集到的力和力矩信号进行转换、传输；所述旋转电机驱动器(204)通过螺钉连接于电气元件安装板一(104)上，用于驱动旋转电机；所述X/Y/Z轴电机驱动器(202)通过螺钉安装于电气元件安装板一(104)上，用于驱动X/Y/Z轴的电机。
本实用新型的三自由度模组系统安装细节如图4所示，所述三自由度模组系统(3)包括Y轴导轨支承座(301)、Y轴丝杠支承座(302)、 Y轴电机安装板(303)、Y轴电机(304)、Y轴丝杠固定座(323)、Y 轴导轨(324)、Y轴导轨滑块(325)、Y轴丝杠螺母(326)、Y轴丝杠(327)、Y轴联轴器(328)，X轴丝杠固定座(305)、X轴导轨支承座(306)、X轴滑块(307)、X轴丝杠(308)、X轴连接块(309)、 X轴丝杠螺母(310)、X轴电机(321)、X轴丝杠支承座(330)、X 轴电机安装板(331)、X轴联轴器(332)，Z轴连接块(311)、Z轴导轨支承座(312)、Z轴电机安装板(313)、Z轴电机(314)、Z轴联轴器(315)、Z轴丝杠(316)、Z轴丝杠支承座(317)、Z轴导轨(318)、Z轴滑块(319)、Z轴丝杠螺母(320)、Z轴丝杠固定座(322)，所述Y轴电机安装板(303)通过螺钉安装于Y轴导轨支承座(301) 的左端面，所述Y轴电机(304)通过螺钉固定于Y轴电机安装板(303) 上；所述Y轴丝杠固定座(323)通过螺钉固定于Y轴导轨支承座(301) 的右端面，所述Y轴丝杠支承座(302)通过螺钉固定于Y轴导轨支承座(301)的上表面；所述Y轴导轨(324)通过螺钉固定于Y轴导轨支承座(301)上表面，所述Y轴导轨滑块(325)与Y轴导轨(324) 配合；所述Y轴丝杠(327)穿过Y轴丝杠螺母(326)通过Y轴丝杠支承座(302)和Y轴丝杠固定座(323)固定；所述Y轴丝杠(327) 自由端和Y轴电机(304)通过Y轴联轴器(328)连接，实现驱动；所述X轴导轨支承座(306)通过X轴电机安装板(331)与Y轴丝杠螺母(326)连接，所述Z轴导轨支承座(312)通过Z轴连接块(311) 与X轴丝杠螺母(310)连接，X轴和Z轴上的部件连接方式同Y轴，通过两两垂直的安装方式实现X/Y/Z方向的运动。
本实用新型的检测装置安装方案A细节如图5所示，所述检测装置安装方案A包括旋转电机(401)、连接架(402)、固定座(403)、 Z向四维力传感器(404)、Z向法兰座(405)、Z向探杆(406)、Z向探头(407)，连接架(402)通过螺钉安装于Z轴丝杠螺母(320)上，所述旋转电机(401)通过螺钉安装于连接架(402)上，所述固定座 (403)通过螺钉连接旋转电机(401)和Z向四维力传感器(404)，所述Z向法兰座(405)通过螺钉与Z向四维力传感器(404)连接，所述Z向探杆(406)顶端与Z向法兰座(405)底面的光孔配合并通过螺钉锁紧，所述Z向探杆(406)下端粘有Z向探头(407)；设传感器磁力和磁力矩示数分别用F和M表示，所测目标位置的实际磁力和磁力矩用f和m表示，四维力传感器的轴线到磁性探头的距离用 L表示，则通过方案A测得的实际磁力和磁力矩大小为：
本实用新型的检测装置安装方案B细节如图6所示，所述检测装置安装方案B包括Y向四维力传感器(411)、Y向锁紧螺母(412)、Y向法兰座(413)、Y向延长杆(414)、Y向探杆(415)、Y向探头(416)，所述Y向四维力传感器(411)通过螺钉安装于连接架(402)上，所述Y向法兰座(413)通过螺钉连接于Y向四维力传感器(411)端面，所述Y向延长杆(414)穿过Y向法兰座(413)的配合孔并通过Y向锁紧螺母(412)锁紧，所述Y向探杆(415)与Y向延长杆(414)底端光孔配合并通过径向螺钉锁紧，所述Y向探头(416)用胶粘于Y 向探杆(415)底端。设传感器磁力和磁力矩示数分别用F和M表示，所测目标位置的实际磁力和磁力矩用f和m表示，Y向四维力传感器 (411)的轴线到Y向探头(416)的距离用L表示，则通过方案B测得的实际磁力和磁力矩大小为：
本实用新型的检测装置安装方案C细节如图7所示，所述检测装置安装方案C包括X向锁紧螺母(421)、X向法兰座(422)、X向四维力传感器(423)、X向延长杆(424)、X向探杆(425)、X向探头 (426)，所述X向四维力传感器(423)安装于连接架(402)上，所述X向法兰座(422)通过螺钉安装于X向四维力传感器(423)端面，所述X向延长杆(424)穿过X向法兰座(422)的配合孔并通过X 向锁紧螺母(421)锁紧，所述X向探杆(425)与X向延长杆(424) 底端的光孔配合并通过径向螺钉锁紧，所述X向探头(426)用胶粘于X向探杆(425)底端，用于检测磁力和磁力矩。设传感器磁力和磁力矩示数分别用F和M表示，所测目标位置的实际磁力和磁力矩用f和m表示，X向四维力传感器(423)的轴线到X向探头(426) 的距离用L表示，则通过方案C测得的实际磁力和磁力矩大小为：
以下结合附图8对本实用新型磁力和磁力矩六维强度全场分布自动检测流程进一步说明：开始实验，首先将探头移至磁场中，设置探头零点；然后设定检测位置，规划运动轨迹，打开步进电机驱动器，通过X/Y/Z轴运动将磁性探头移动到目标检测位置；再开启方案A的四维力传感器进行磁力和磁力矩检测，传感器将所测的磁力和磁力矩大小通过数据采集卡传输给计算机自动储存；再开启方案B的四维力传感器进行磁力和磁力矩检测，传感器将所测的磁力和磁力矩大小通过数据采集卡传输给计算机自动储存；再开启方案C的四维力传感器进行磁力和磁力矩检测，传感器将所测的磁力和磁力矩大小通过数据采集卡传输给计算机自动储存；检查是否获取足够的实验数据，如果没有，则修改命令重新设定检测位置、规划运动轨迹继续实验，如果获取到足够的数据，最后经过数据处理和换算关系： 得到在检测区域某一位置的实际驱动磁力和磁力矩分别为：最后结束实验。
上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术科研人员和工程技术人员能够了解本实用新型的内容并据此实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种磁力和磁力矩六维强度全场分布自动检测装置，其技术特征在于：包括支承装置(1)、电气控制系统(2)、三自由度模组系统(3)、检测装置(4)，所述电气控制系统(2)通过螺钉连接在支承装置(1)上，所述三自由度模组系统(3)通过螺钉连接在支承装置(1)上，所述检测装置(4)通过螺钉固定于三自由度模组系统(3)上；所述电气控制系统(2)用于控制电机转动和传输磁力、磁力矩信号，所述三自由度模组系统(3)用于实现检测装置(4)三个方向的直线运动，所述检测装置(4)用于检测磁力和磁力矩。
2.根据权利要求1所述的一种磁力和磁力矩六维强度全场分布自动检测装置，其技术特征在于：所述支承装置(1)包括调平减震脚(101)、支架(102)、底座(103)、电气元件安装板一(104)和电气元件安装板二(105)，所述底座(103)的底面和顶面钻有螺纹孔，用于连接调平减震脚(101)、支架(102)、电气元件安装板一(104)和电气元件安装板二(105)；所述支架(102)采用焊接加工，通过M8的螺钉安装于底座(103)上表面；所述4个调平减震脚(101)分别通过M5的螺钉安装在底座(103)的下表面，用于承载、调平和减振；所述电气元件安装板一(104)和电气元件安装板二(105)通过M4的螺钉安装于底座(103)上表面，用于安装各电气控制元件。
3.根据权利要求1所述的一种磁力和磁力矩六维强度全场分布自动检测装置，其技术特征在于：所述电气控制系统(2)包括电压转换器(201)、X/Y/Z轴电机驱动器(202)、功率放大器(203)、旋转电机驱动器(204)，所述电压转换器(201)通过螺钉安装于电气元件安装板二(105)上，用于将220V电压转换为电机需要的12V电压；所述功率放大器(203)通过螺钉安装于电气元件安装板二(105)上，用于对四维力传感器采集到的力和力矩信号进行转换、传输；所述旋转电机驱动器(204)通过螺钉连接于电气元件安装板一(104)上，用于驱动旋转电机；所述X/Y/Z轴电机驱动器(202)通过螺钉安装于电气元件安装板一(104)上，用于驱动X/Y/Z轴的电机。
4.根据权利要求1所述的一种磁力和磁力矩六维强度全场分布自动检测装置，其技术特征在于：所述三自由度模组系统(3)包括Y轴导轨支承座(301)、Y轴丝杠支承座(302)、Y轴电机安装板(303)、Y轴电机(304)、Y轴丝杠固定座(323)、Y轴导轨(324)、Y轴导轨滑块(325)、Y轴丝杠螺母(326)、Y轴丝杠(327)、Y轴联轴器(328)，X轴丝杠固定座(305)、X轴导轨支承座(306)、X轴滑块(307)、X轴丝杠(308)、X轴连接块(309)、X轴丝杠螺母(310)、X轴电机(321)、X轴丝杠支承座(330)、X轴电机安装板(331)、X轴联轴器(332)，Z轴连接块(311)、Z轴导轨支承座(312)、Z轴电机安装板(313)、Z轴电机(314)、Z轴联轴器(315)、Z轴丝杠(316)、Z轴丝杠支承座(317)、Z轴导轨(318)、Z轴滑块(319)、Z轴丝杠螺母(320)、Z轴丝杠固定座(322)，所述Y轴电机安装板(303)通过螺钉安装于Y轴导轨支承座(301)的左端面，所述Y轴电机(304)通过螺钉固定于Y轴电机安装板(303)上；所述Y轴丝杠固定座(323)通过螺钉固定于Y轴导轨支承座(301)的右端面，所述Y轴丝杠支承座(302)通过螺钉固定于Y轴导轨支承座(301)的上表面；所述Y轴导轨(324)通过螺钉固定于Y轴导轨支承座(301)上表面，所述Y轴导轨滑块(325)与Y轴导轨(324)配合；所述Y轴丝杠(327)穿过Y轴丝杠螺母(326)通过Y轴丝杠支承座(302)和Y轴丝杠固定座(323)固定；所述Y轴丝杠(327)自由端和Y轴电机(304)通过Y轴联轴器(328)连接，实现驱动；所述X轴导轨支承座(306)通过X轴电机安装板(331)与Y轴丝杠螺母(326)连接，所述Z轴导轨支承座(312)通过Z轴连接块(311)与X轴丝杠螺母(310)连接，X轴和Z轴上的部件连接方式同Y轴，通过两两垂直的安装方式实现X/Y/Z方向的运动。
5.根据权利要求1所述的一种磁力和磁力矩六维强度全场分布自动检测装置，其技术特征在于：所述检测装置(4)包括旋转电机(401)、连接架(402)、固定座(403)、Z向四维力传感器(404)、Z向法兰座(405)、Z向探杆(406)、Z向探头(407)，Y向四维力传感器(411)、Y向锁紧螺母(412)、Y向法兰座(413)、Y向延长杆(414)、Y向探杆(415)、Y向探头(416)，X向锁紧螺母(421)、X向法兰座(422)、X向四维力传感器(423)、X向延长杆(424)、X向探杆(425)、X向探头(426)；所述连接架(402)通过螺钉安装于Z轴丝杠螺母(320)上，所述旋转电机(401)通过螺钉安装于连接架(402)上，所述固定座(403)通过螺钉连接旋转电机(401)和Z向四维力传感器(404)，所述Z向法兰座(405)通过螺钉与Z向四维力传感器(404)连接，所述Z向探杆(406)顶端与Z向法兰座(405)底面的光孔配合并通过螺钉锁紧，所述Z向探杆(406)下端粘有Z向探头(407)；所述Y向四维力传感器(411)通过螺钉安装于连接架(402)上，所述Y向法兰座(413)通过螺钉连接于Y向四维力传感器(411)端面，所述Y向延长杆(414)穿过Y向法兰座(413)的配合孔并通过Y向锁紧螺母(412)锁紧，所述Y向探杆(415)与Y向延长杆(414)底端光孔配合并通过径向螺钉锁紧，所述Y向探头(416)用胶粘于Y向探杆(415)底端；所述X向四维力传感器(423)安装于连接架(402)上，所述X向法兰座(422)通过螺钉安装于X向四维力传感器(423)端面，所述X向延长杆(424)穿过X向法兰座(422)的配合孔并通过X向锁紧螺母(421)锁紧，所述X向探杆(425)与X向延长杆(424)底端的光孔配合并通过径向螺钉锁紧，所述X向探头(426)用胶粘于X向探杆(425)底端，用于检测磁力和磁力矩。
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| WO2021128811A1 (zh) * | 2019-12-23 | 2021-07-01 | 苏州舍勒智能科技有限公司 | 一种三坐标式拉压力疲劳测试机器人 |
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2018
- 2018-12-13 CN CN201822095812.5U patent/CN209542818U/zh active Active
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| WO2021128811A1 (zh) * | 2019-12-23 | 2021-07-01 | 苏州舍勒智能科技有限公司 | 一种三坐标式拉压力疲劳测试机器人 |
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| GR01 | Patent grant | ||
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