專利名稱：一種無耦合六維力傳感器的組合式標定裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種組合式六維力傳感器的標定裝置，屬于傳感器標定技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
六維力傳感器，屬于力傳感器的一種，廣泛應(yīng)用于工業(yè)機器人、仿人機器人等領(lǐng)域。其最大特點是能夠同時檢測六個方向的載荷，即空間笛卡爾坐標系中沿三個坐標軸方向的力以及繞三個軸的力矩。為實現(xiàn)仿人機器人實現(xiàn)穩(wěn)定步行，需要實時檢測足部受力狀態(tài)。已公布專利“一種安全型無力耦合六維力傳感器”(申請?zhí)?01110142847.X)中提出一種無耦合、安全型六維力傳感器，用于仿人機器人腳部以實現(xiàn)仿人機器人的穩(wěn)定步行。本發(fā)明涉及的標定裝置及標定方法，為該六維力傳感器的標定裝置及標定方法。所謂標定，就是對傳感器施加一定的載荷，查看傳感器的輸出，與輸入相比較，從 而實際檢測出傳感器的精度、靈敏度等指標。力傳感器由于制造、裝配、貼片誤差，以及電路中量化誤差、干擾等因素影響，其輸入輸出關(guān)系與理論計算有一定的偏差，需通過標定實驗來檢測力傳感器的實際性能指標。目前，一維力或力矩傳感器通常使用懸掛標準砝碼來標定，這種方式簡便易行、精度較高，但是這種方式只能施加單方向載荷。對于六維力傳感器，需要進行六個方向的標定實驗。目前，六維力傳感器標定裝置有如下幾種形式(I)在標定裝置框架不同位置安放液壓缸以實現(xiàn)不同方向載荷的施加(大型多維力傳感器標定加載臺，申請?zhí)?01010103946.2) ； (2)在標定裝置不同位置安放滑輪以實現(xiàn)不同方向載荷的施加(一種六維力傳感器標定裝置及其標定方法，申請?zhí)?01010246488.8) ； (3)通過成對布置力源以實現(xiàn)多方向載荷輸出(一種雙力源六維力傳感器標定裝置，申請?zhí)?01120284809. 3)。這些已公布專利能夠輸出六個方向的載荷，可以對六維力傳感器進行標定實驗。但是，這些已公布專利所涉及的六維力傳感器標定裝置也存在著體積較大、裝配調(diào)試困難等缺點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種無耦合六維力傳感器的組合式標定裝置，以解決現(xiàn)有的六維力傳感器標定裝置存在體積較大、裝配調(diào)試困難的問題。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是本發(fā)明所述的無耦合六維力傳感器的組合式標定裝置包括Fz方向標定裝置；Fx、Fy方向標定裝置；Mz方向標定裝置；Mx、My方向標定裝置；Fz方向標定裝置包括底板、壓條、力轉(zhuǎn)接盤、支撐座一、加載桿一、下壓板、軸承座、杠桿、上壓板、軸承端蓋、鋼絲繩、法碼和芯軸；底板的上端面上固定有支撐座一，支撐座一的前后兩端分別安裝有軸承座，芯軸的兩端通過軸承一、軸承二安裝在相應(yīng)的軸承座上，軸承一、軸承二上分別設(shè)有軸承端蓋，杠桿與芯軸垂直設(shè)置，杠桿的一端安裝在芯軸上，法碼通過鋼絲繩與杠桿的另一端下側(cè)壁連接，杠桿上帶有刻度；下壓板通過上壓板安裝在杠桿上，加載桿一的上端與下壓板的下端連接，下壓板、上壓板和加載桿一三者連接在一起并可同時沿杠桿移動，壓條用于將六維力傳感器本體水平固定底板上，力轉(zhuǎn)接盤與六維力傳感器本體相連接，力轉(zhuǎn)接盤與底板平行設(shè)置，加載桿一的下端為球形結(jié)構(gòu)并與力轉(zhuǎn)接盤上表面幾何中心處的球窩接觸；Fx,Fy方向標定裝置包括底板、支撐板、力轉(zhuǎn)接盤、支撐座二、加載桿二、下壓板、軸承座、杠桿、上壓板、軸承端蓋、鋼絲繩、法碼和芯軸；底板的上端面上固定有支撐座二，撐座二的前后兩端分別安裝有軸承座，芯軸的兩端通過軸承一、軸承二安裝在相應(yīng)的軸承座上，軸承一、軸承二上分別設(shè)有軸承端蓋，杠桿與芯軸垂直設(shè)置，杠桿的一端安裝在芯軸上，法碼通過鋼絲繩與杠桿的另一端下側(cè)壁連接，杠桿上帶有刻度；下壓板通過上壓板安裝在杠桿上，加載桿二的上端與下壓板的下端連接，下壓板、上壓板和加載桿二三者連接在一起并可同時沿杠桿移動，支撐板立在底板的上端面上并與底板固定，支撐板用于將六維力傳感器本體垂直固定底板上，力轉(zhuǎn)接盤與六維力傳感器本體相連接，力轉(zhuǎn)接盤與底板垂直設(shè)置，加載桿二的下端為球形結(jié)構(gòu)并與力轉(zhuǎn)接盤上的一側(cè)面幾何中心處的球窩接觸，或與力轉(zhuǎn)接盤上的另一側(cè)面幾何中心處的球窩接觸；力轉(zhuǎn)接盤上的一側(cè)面和力轉(zhuǎn)接盤上的另一側(cè)面相互垂直；
Mz方向標定裝置包括底板、壓條、力矩轉(zhuǎn)接盤、加載橫條二、加載滑輪組件、立柱、導(dǎo)向滑輪組件、鋼絲繩和砝碼；壓條用于將六維力傳感器本體水平固定底板上，六維力傳感器本體的上端連接力矩轉(zhuǎn)接盤，加載橫條二位于力矩轉(zhuǎn)接盤的上方且二者平行設(shè)置，力矩轉(zhuǎn)接盤與加載橫條二下表面固接，加載橫條二的左右兩端分別布置載滑輪組件，底板的上端面的兩對角處各定有立柱，位于前方的立柱的中部布置有導(dǎo)向滑輪組件，位于后方的立柱的中部也布置有導(dǎo)向滑輪組件，鋼絲繩的一端懸掛砝碼，鋼絲繩依次繞過位于前方的立柱上的導(dǎo)向滑輪組件上的滑輪、位于加載橫條二左端的加載滑輪組件上的滑輪、位于加載橫條二右端的加載滑輪組件上的滑輪、位于后方的立柱上的導(dǎo)向滑輪組件上的滑輪，鋼絲繩另一固定在底板上；加載滑輪組件上的滑輪的軸線與導(dǎo)向滑輪組件上的滑輪的軸線垂直設(shè)置；Mx、My方向標定裝置包括底板、壓條、力矩轉(zhuǎn)接盤、加載橫條一、加載滑輪組件、立柱、導(dǎo)向滑輪組件、鋼絲繩和砝碼；壓條用于將六維力傳感器本體水平固定底板上，六維力傳感器本體的上端連接力矩轉(zhuǎn)接盤，加載橫條一位于力矩轉(zhuǎn)接盤的上方且二者垂直設(shè)置，力矩轉(zhuǎn)接盤與加載橫條一的下端固接，加載橫條一的上下兩端分別布置載滑輪組件，底板的上端面的兩端各定有立柱，位于左邊的立柱的上端布置有導(dǎo)向滑輪組件，位于右邊的立柱的下部也布置有導(dǎo)向滑輪組件，鋼絲繩的一端懸掛砝碼，鋼絲繩依次繞過位于左邊的立柱上端的導(dǎo)向滑輪組件上的滑輪、位于加載橫條一上端的加載滑輪組件上的滑輪、位于加載橫條一下端的加載滑輪組件上的滑輪、位于左邊的立柱下部的導(dǎo)向滑輪組件上的滑輪，鋼絲繩另一固定在底板上；加載滑輪組件上的滑輪的軸線與導(dǎo)向滑輪組件上的滑輪的軸線平行設(shè)置。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明使用砝碼進行標定，具有精度高、簡便易行的優(yōu)點。實現(xiàn)了大載荷的輸出，利用杠桿原理實現(xiàn)力的放大。利用滑輪組來施加力矩載荷，同時能起到增力作用。本發(fā)明提出組合式六維力傳感器標定裝置體積較小、結(jié)構(gòu)簡單。本發(fā)明所涉及標定裝置，利用砝碼作為力源，利用杠桿原理和滑輪組實現(xiàn)增力作用。與其他六維力傳感器標定裝置相比，本發(fā)明采用組合式方法以實現(xiàn)不同方向的標定，故體積較小、零件數(shù)量少、安裝調(diào)試簡單易行。


圖I是本發(fā)明所涉及的無耦合六維力傳感器外形結(jié)構(gòu)示意圖及力轉(zhuǎn)接盤4安裝示意圖；圖Ia是六維力傳感器本體的立體圖，圖Ib是安裝力轉(zhuǎn)接盤4后的六維力傳感器本體的立體圖；圖Ia中3-1為通孔，3-2為環(huán)形凸臺，3-3為傳感器下板；圖2是進行Fz方向標定時標定裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2a是Fz方向標定裝置I的主視圖，圖2b是顯示杠桿9上的刻度的放大圖，圖2c是芯軸與杠桿連接關(guān)系示意圖(16-軸套)；圖3是Fx、Fy方向標定時裝置組合示意圖(Fx、Fy方向標定裝置II);圖3中的芯軸與杠桿連接關(guān)系示意圖與圖2中的完全相同；圖4是力轉(zhuǎn)接盤示意圖；圖4a為力轉(zhuǎn)接盤的正視圖，圖4b是力轉(zhuǎn)接盤的俯視圖； 圖5為Mz方向標定時裝置組合示意圖；圖5a是Mz方向標定裝置III的正視圖，圖5b是圖5a的A向視圖；圖6是Mx、My方向標定時裝置組合示意圖；圖6a是Mx、My方向標定裝置IV的正視圖，圖5b是圖6a的A向視圖；圖7為加載滑輪組件23的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為導(dǎo)向滑輪組件25的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9為力矩加載盤(力矩轉(zhuǎn)接盤21)示意圖；圖9a為力矩轉(zhuǎn)接盤的正視圖，圖9b是力矩轉(zhuǎn)接盤的俯視圖；圖10為帶有本發(fā)明所述標定裝置的標定系統(tǒng)構(gòu)成原理圖。
具體實施例方式具體實施方式
一如圖I 9所不,本實施方式所述的一種無稱合六維力傳感器的組合式標定裝置包括Fz方向標定裝置I ;Fx、Fy方向標定裝置II ;Mz方向標定裝置III ；Mx、My方向標定裝置IV ；如圖2, Fz方向標定裝置I包括底板I、壓條2、力轉(zhuǎn)接盤4、支撐座一 5、加載桿一
6、下壓板7、軸承座8、杠桿9、上壓板10、軸承端蓋11、鋼絲繩13、法碼14和芯軸15 ;底板I的上端面上固定有支撐座一 5，支撐座一 5的前后兩端分別安裝有軸承座8，芯軸15的兩端通過軸承一 17-1、軸承二 17-2安裝在相應(yīng)的軸承座8上，軸承一 17-1、軸承二 17-2上分別設(shè)有軸承端蓋11，杠桿9與芯軸15垂直設(shè)置，杠桿9的一端安裝在芯軸15上，法碼14通過鋼絲繩13與杠桿9的另一端下側(cè)壁連接，杠桿9上面帶有刻度12 ;下壓板7通過上壓板10安裝在杠桿9上，加載桿一 6的上端與下壓板7的下端連接，下壓板7、上壓板10和加載桿一 6三者連接在一起并可同時沿杠桿9移動，壓條2用于將六維力傳感器本體3水平固定底板I上，力轉(zhuǎn)接盤4與六維力傳感器本體3相連接，力轉(zhuǎn)接盤4與底板I平行設(shè)置，加載桿一 6的下端為球形結(jié)構(gòu)并與力轉(zhuǎn)接盤4上表面幾何中心處的球窩4-3-3接觸；Fz方向標定裝置I利用鋼絲繩13懸掛砝碼14，并利用杠桿原理實現(xiàn)力的放大，力傳感器3上端連接力轉(zhuǎn)接盤4,利用加載桿一 6向力轉(zhuǎn)接盤4施加壓力，從而實現(xiàn)對傳感器的標定。如圖3，F(xiàn)x, Fy方向標定裝置II包括底板I、支撐板9、力轉(zhuǎn)接盤4、支撐座二 18、加載桿二 20、下壓板7、軸承座8、杠桿9、上壓板10、軸承端蓋11、鋼絲繩13、法碼14和芯軸15 ;底板I的上端面上固定有支撐座二 18，撐座二 18的前后兩端分別安裝有軸承座8，芯軸15的兩端通過軸承一 17-1、軸承二 17-2安裝在相應(yīng)的軸承座8上，軸承一 17-1、軸承二 17-2上分別設(shè)有軸承端蓋11，杠桿9與芯軸15垂直設(shè)置，杠桿9的一端安裝在芯軸15上，法碼14通過鋼絲繩13與杠桿9的另一端下側(cè)壁連接，杠桿9上面帶有刻度12 ;下壓板7通過上壓板10安裝在杠桿9上，加載桿二 20的上端與下壓板7的下端連接，下壓板7、上壓板10和加載桿二 20三者連接在一起并可同時沿杠桿9移動，支撐板9立在底板I的上端面上并與底板I固定，支撐板9用于將六維力傳感器本體3垂直固定底板I上，力轉(zhuǎn)接盤4與六維力傳感器本體3相連接，力轉(zhuǎn)接盤4與底板I垂直設(shè)置，加載桿二 20的下端為球形結(jié)構(gòu)并與力轉(zhuǎn)接盤4上的一側(cè)面幾何中心處的球窩4-3-1接觸，或與力轉(zhuǎn)接盤4上的另一側(cè)面幾何中心處的球窩4-3-2接觸；力轉(zhuǎn)接盤4上的一側(cè)面和力轉(zhuǎn)接盤4上的另一側(cè)面是相互垂直的；Fx、Fy方向標定裝置利用鋼絲繩13懸掛砝碼14，并利用杠桿原理實現(xiàn)力的放大，力傳感器3上端連接力轉(zhuǎn)接盤4，利用加載桿二 20向力轉(zhuǎn)接盤4施加壓力，從而實現(xiàn)對傳感器的標定。
如圖5，Mz方向標定裝置III包括底板I、壓條2、力矩轉(zhuǎn)接盤21、加載橫條二 26、加載滑輪組件23、立柱24、導(dǎo)向滑輪組件25、鋼絲繩13和砝碼14 ;壓條2用于將六維力傳感器本體3水平固定底板I上,六維力傳感器本體3的上端連接力矩轉(zhuǎn)接盤21，加載橫條二 26位于力矩轉(zhuǎn)接盤21的上方且二者平行設(shè)置，力矩轉(zhuǎn)接盤21與加載橫條二 26下表面固接，加載橫條二 26的左右兩端分別布置載滑輪組件23，底板I的上端面的兩對角處各定有立柱24，位于前方的立柱24的中部布置有導(dǎo)向滑輪組件25，位于后方的立柱24的中部也布置有導(dǎo)向滑輪組件25，鋼絲繩13的一端懸掛砝碼14，鋼絲繩13依次繞過位于前方的立柱24上的導(dǎo)向滑輪組件25上的滑輪、位于加載橫條二 26左端的加載滑輪組件23上的滑輪、位于加載橫條二 26右端的加載滑輪組件23上的滑輪、位于后方的立柱24上的導(dǎo)向滑輪組件25上的滑輪，鋼絲繩13另一固定在底板I上；加載滑輪組件23上的滑輪的軸線與導(dǎo)向滑輪組件25上的滑輪的軸線垂直設(shè)置；Mz方向標定裝置中，力傳感器3上端連接力矩轉(zhuǎn)接盤21，力矩轉(zhuǎn)接盤連接加載橫條二 26，加載橫條二兩端布置加載滑輪26，利用鋼絲繩13懸掛砝碼14，鋼絲繩13繞過導(dǎo)向滑輪25、加載滑輪23，對傳感器施加力矩載荷。如圖6，Mx、My方向標定裝置IV包括底板I、壓條2、力矩轉(zhuǎn)接盤21、加載橫條一22、加載滑輪組件23、立柱24、導(dǎo)向滑輪組件25、鋼絲繩13和砝碼14 ;壓條2用于將六維力傳感器本體3水平固定底板I上，六維力傳感器本體3的上端連接力矩轉(zhuǎn)接盤21，加載橫條一 22位于力矩轉(zhuǎn)接盤21的上方且二者垂直設(shè)置，力矩轉(zhuǎn)接盤21與加載橫條一 22的下端固接，加載橫條一 22的上下兩端分別布置載滑輪組件23，底板I的上端面的兩端各定有立柱24，位于左邊的立柱24的上端布置有導(dǎo)向滑輪組件25，位于右邊的立柱24的下部也布置有導(dǎo)向滑輪組件25，鋼絲繩13的一端懸掛砝碼14，鋼絲繩13依次繞過位于左邊的立柱24上端的導(dǎo)向滑輪組件25上的滑輪、位于加載橫條一 22上端的加載滑輪組件23上的滑輪、位于加載橫條一 22下端的加載滑輪組件23上的滑輪、位于左邊的立柱24下部的導(dǎo)向滑輪組件25上的滑輪，鋼絲繩13另一固定在底板I上；加載滑輪組件23上的滑輪的軸線與導(dǎo)向滑輪組件25上的滑輪的軸線平行設(shè)置。Mx、My方向標定裝置中，力傳感器3上端連接力矩轉(zhuǎn)接盤21，力矩轉(zhuǎn)接盤連接加載橫條一 22，加載橫條一兩端布置加載滑輪23，利用鋼絲繩13懸掛砝碼14，鋼絲繩13繞過導(dǎo)向滑輪組件25、加載滑輪組件23，對傳感器施加力矩載荷。
具體實施方式
二 如圖7所示，本實施方式所述加載滑輪組件23包括擋圈一23-1、滑輪軸一 23-2、軸承三23-3-1、軸承四23_3_2、滑輪座23_4、滑輪一 23_5和墊片23-6 ;滑輪座23-4安裝在加載橫條一 22上，滑輪軸一 23_2的一端通過軸承三23_3_1、軸承四23-3-2安裝在滑輪座23-4內(nèi)，滑輪一 23_5安裝在滑輪軸一 23_2的另一端，滑輪一 23_5通過墊片23-6、螺釘23-7安裝在滑輪軸一 23-2上；其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式
一相同?；喴?23-5依靠墊片23-6和滑輪軸一 23-2軸肩實現(xiàn)軸向定位，墊片23_6使用螺釘23-7與滑輪軸一 23-2連接?；嗇S一通過兩個軸承23-3-1、23-3-固定在滑輪座23_4內(nèi)。軸承通過軸肩以及擋圈23-1實現(xiàn)軸向固定?；喿着c軸承外圈過盈配合，以防止軸承竄動。
具體實施方式
三如圖8所示，本實施方式所述導(dǎo)向滑輪組件25包括滑輪二25-1、擋圈二 25-2、軸承五25-3-1、軸承六25_3_2和滑輪軸二 25_4 ;滑輪軸二 25_4安裝在 立柱24上，滑輪二 25-1通過軸承五25-3-1、軸承六25_3_2安裝在滑輪軸二 25_4上，擋圈
二25-2用于固定位于外端的軸承五25-3-1。其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式
二相同?；喍?25-1通過兩個軸承25-3-1、25-3-2固定在滑輪軸二 25_4上，軸承通過軸肩以及擋圈25-2實現(xiàn)軸向固定，軸承外圈與滑輪二 25-4使用過盈配合，以防止軸承竄動。
具體實施方式
四如圖4所示，本實施方式所述力轉(zhuǎn)接盤4的下端面開有用于和六維力傳感器本體3相配合連接的力轉(zhuǎn)接盤圓形凹槽4-1，所述力轉(zhuǎn)接盤4還設(shè)有多個用于連接的力轉(zhuǎn)接盤螺紋孔4-2 ;力轉(zhuǎn)接盤4的上端面以及四周的側(cè)面上還設(shè)有五個球窩4-3，五個球窩4-3分別為位于轉(zhuǎn)接盤4上的相對兩個側(cè)面幾何中心處的兩個球窩4-3-1、位于轉(zhuǎn)接盤4上的另外兩個相對兩個側(cè)面幾何中心處的兩個球窩4-3-2、位于力轉(zhuǎn)接盤4上表面幾何中心處的球窩4-3-3。其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
五如圖9所示，本實施方式所述力矩轉(zhuǎn)接盤21的下端面上開有用于和六維力傳感器本體3相配合連接的力矩轉(zhuǎn)接盤圓形凹槽21-2，所述力矩轉(zhuǎn)接盤21上還設(shè)有多個用于連接的力矩轉(zhuǎn)接盤螺紋孔21-1，所述力矩轉(zhuǎn)接盤21的上端面上設(shè)有兩個長方體凸臺21-3,兩個長方體凸臺21-3用于對加載橫條一 22、加載橫條二 26進行定位。其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式
一、二、三或四相同。力矩轉(zhuǎn)接盤其上有螺紋孔21-1，用以連接六維力傳感器3，圓形凹槽21-2實現(xiàn)機械連接時的定位作用，兩個長方體凸臺21-3對加載橫條一 22、加載橫條二 26進行定位。針對本發(fā)明進行如下闡述如圖2a所示，壓條2壓住傳感器本體3的下板3_3從而將傳感器本體3固定在底板I上。力轉(zhuǎn)接盤4通過與傳感器本體3相連接。杠桿9可由方鋼來實現(xiàn)，其一端固定在軸承座8上，另一端使用鋼絲繩13懸掛砝碼14。由杠桿原理，砝碼的重量放大之后通過加載桿一 6施加在力轉(zhuǎn)接盤4上。上壓板10與下壓板7通過螺釘連接為一體，加載桿一 6與下壓板7相連，這三個零件組成的整體可以沿方鋼9移動，以實現(xiàn)不同的放大倍數(shù)。由圖2b所示，方鋼9上面帶有刻度12，以方便調(diào)整位置，更改放大倍數(shù)。加載桿一 6壓在力轉(zhuǎn)接盤4上面，力轉(zhuǎn)接盤4與六維力傳感器3相連，從而施加壓力。由圖2c所示，心軸15穿過方鋼9左端的通孔，心軸15兩端用軸承17-1、17-2支撐。軸承17-1、17-2依靠心軸15軸肩、軸套16以及軸承端蓋11實現(xiàn)軸向定位。如圖3和4所示，傳感器本體3通過壓條2固定在支撐板19上，力轉(zhuǎn)接盤4與傳感器本體3相連。方鋼9 一端固定在軸承座8上，另一端使用鋼絲繩13懸掛砝碼14。軸承座8固定在支撐座二 18上面，支撐座二 8固定在底板上。砝碼的重量放大之后通過加載桿二 20施加在力轉(zhuǎn)接盤4上。上壓板10與下壓板7連接為一體，加載桿二 20上與下壓板7相連，這三個零件組成的整體可以沿方鋼9移動，以實現(xiàn)不同的放大倍數(shù)，為方便調(diào)整位置，方鋼9上表面帶有刻度12。如圖2a、圖2c、圖3所示，標定裝置中方鋼9、軸承座8、軸承17_1、17_2、心軸15、軸套16、軸承端蓋11、上壓板10、下壓 板7、鋼絲繩13、砝碼14為通用性結(jié)構(gòu)。進行三個方向的力標定時，標定裝置中該部分結(jié)構(gòu)不變，體現(xiàn)出本發(fā)明的組合式特點。杠桿的放大倍數(shù)n = L2/LLL2的長度固定，調(diào)節(jié)LI的長度就可以改變放大倍數(shù)n，方鋼上表面刻度12用來指示LI大小。標定時,傳感器受到的力F = nG,其中n為放大倍數(shù)，G為破碼的自重。如圖I、圖4所示，力轉(zhuǎn)接盤4其上面有圓形凹槽4_1，6個螺紋孔4-2。力轉(zhuǎn)接盤4與力傳感器3相連時，環(huán)形凸臺3-2插進凹槽4-1以實現(xiàn)定位，傳感器本體上端的6個通孔與力轉(zhuǎn)接盤4上6個螺紋孔4-2對準，并擰入螺釘，以實現(xiàn)機械連接。加載時，加載桿一
6、加載桿二 20的下端球形結(jié)構(gòu)對準球窩4-3,以實現(xiàn)對心。進行Fz標定時,力加載在力轉(zhuǎn)接盤4上表面的球窩4-3-3頂點上。進行Fx標定時，力加載在力轉(zhuǎn)接盤4上表面的球窩
4-3-1頂點上。進行Fy標定時，力加載在力轉(zhuǎn)接盤4上表面的球窩4-3-2頂點上。如圖5所示，傳感器本體3通過壓條2固定在底板I上，力矩轉(zhuǎn)接盤21固定在傳感器本體3上，加載橫條一 22固定在力矩轉(zhuǎn)接盤21上，加載滑輪23固定在加載橫條一 22兩端。導(dǎo)向滑輪25固定在立柱24上。鋼絲繩13—端懸掛砝碼14，繞過導(dǎo)向滑輪25，將豎直方向的重力轉(zhuǎn)化為水平方向的張力，繞過加載滑輪23，以實現(xiàn)力矩的輸出，鋼絲繩13另一端固定在底板I上。如圖6所示，傳感器本體3通過壓條2固定在底板I上，力矩轉(zhuǎn)接盤21通過固定在傳感器本體3上，加載橫條二 26固定在力矩轉(zhuǎn)接盤上，加載滑輪23固定在加載橫條二 26兩端。導(dǎo)向滑輪25固定在立柱24上。鋼絲繩13—端懸掛砝碼14，繞過導(dǎo)向滑輪25，將豎直方向的重力轉(zhuǎn)化為水平方向張力，繞過加載滑輪23，以實現(xiàn)力矩的輸出，鋼絲繩另一端固定在底板上I。如圖5、圖6所示，進行三個方向力矩標定時，標定裝置中，立柱24、導(dǎo)向滑輪(25、加載滑輪23、力矩轉(zhuǎn)接盤21結(jié)構(gòu)不變，體現(xiàn)出本發(fā)明的組合式特點。對Mx、My進行標定時，輸出力矩大小M = L3XG，其中L3為加載橫條一 22上兩加載滑輪23之間距離，G為砝碼14的自重。對Mz進行標定時，輸出力矩大小M = L4XG，其中L4加載橫條二 26上為兩加載滑輪23之間距離，G為砝碼14的自重。實施例由圖10所示，進行標定時，本發(fā)明所涉及的標定裝置對傳感器施加載荷，傳感器中應(yīng)變橋輸出微弱電壓，經(jīng)過電橋調(diào)理電路放大到合適的電壓水平，經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再經(jīng)過DSP運算處理之后，通過串口傳輸?shù)缴衔粰C上。如圖2、圖3、圖5、圖6所示，在進行Fz方向標定時，標定裝置組合如圖2，杠桿放大倍數(shù)調(diào)整為6,依次使用10kg, 20kg, 30kg, 40kg, 50kg破碼進行標定,則加載到力傳感器上的力分別為588N，1176N, 1764N, 2352N, 2940N ;在進行Fx及Fy標定時，標定裝置組合如圖3,杠桿放大倍數(shù)調(diào)整為4,依次依次使用10kg, 20kg, 30kg, 40kg, 50kg破碼進行標定,貝丨J加載到力傳感器上的力分別為392N，784N，1176N, 1568N, 1960N,更換標定方向時，只需將力傳感器(3)旋轉(zhuǎn)90。裝卡即可；在進行Mx及My標定時，標定裝置組合如圖6，兩加載滑輪之間距離為100mm,依次依次使用20kg, 40kg, 60kg, 80kg, 100kg破碼進行標定,則加載到力傳感器上的力矩分別為19. 6Nm, 39. 2Nm, 58. 8Nm, 78. 4Nm，98Nm，更換標定方向時，只需將力傳感器(3)旋轉(zhuǎn)90。裝卡即可；在進行Mz標定時，標定裝置組合如圖5，兩加載滑輪之間距離為160mm,依次依次使用20kg, 40kg, 60kg, 80kg, 100kg破碼進行標定,則加載到力傳感 器上的力矩分別為31. 36Nm, 62. 72Nm, 94. 08Nm, 125. 44Nm, 156. 8Nm。
權(quán)利要求
1.一種無耦合六維力傳感器的組合式標定裝置，其特征在于所述組合式標定裝置包括Fz方向標定裝置(I) ;Fx、Fy方向標定裝置(II) ;Mz方向標定裝置(III) ;Mx、My方向標定裝置(IV); Fz方向標定裝置(I)包括底板(I)、壓條(2)、力轉(zhuǎn)接盤(4)、支撐座一(5)、加載桿一(6)、下壓板(7)、軸承座(8)、杠桿(9)、上壓板(10)、軸承端蓋(11)、鋼絲繩(13)、法碼(14)和芯軸(15);底板(I)的上端面上固定有支撐座一(5)，支撐座一(5)的前后兩端分別安裝有軸承座(8)，芯軸(15)的兩端通過軸承一(17-1)、軸承二(17-2)安裝在相應(yīng)的軸承座(8)上，軸承一(17-1)、軸承二(17-2)上分別設(shè)有軸承端蓋(11)，杠桿(9)與芯軸(15)垂直設(shè)置，杠桿(9)的一端安裝在芯軸(15)上，法碼(14)通過鋼絲繩(13)與杠桿(9)的另一端下側(cè)壁連接，杠桿(9)上帶有刻度(12);下壓板(7)通過上壓板(10)安裝在杠桿(9)上，加載桿一(6)的上端與下壓板(7)的下端連接,下壓板(7)、上壓板(10)和加載桿一(6)三者連接在一起并可同時沿杠桿(9)移動，壓條(2)用于將六維力傳感器本體(3)水平固定 底板(I)上，力轉(zhuǎn)接盤(4)與六維力傳感器本體(3)相連接，力轉(zhuǎn)接盤(4)與底板(I)平行設(shè)置，加載桿一(6)的下端為球形結(jié)構(gòu)并與力轉(zhuǎn)接盤(4)上表面幾何中心處的球窩(4-3-3)接觸； Fx、Fy方向標定裝置(II)包括底板(I)、支撐板(9)、力轉(zhuǎn)接盤(4)、支撐座二(18)、力口載桿二(20)、下壓板(7)、軸承座(8)、杠桿(9)、上壓板(10)、軸承端蓋(11)、鋼絲繩(13)、法碼(14)和芯軸(15);底板(I)的上端面上固定有支撐座二(18)，撐座二(18)的前后兩端分別安裝有軸承座(8)，芯軸(15)的兩端通過軸承一(17-1)、軸承 (17-2)安裝在相應(yīng)的軸承座(8)上，軸承一(17-1)、軸承二(17-2)上分別設(shè)有軸承端蓋(11)，杠桿(9)與芯軸(15)垂直設(shè)置，杠桿(9)的一端安裝在芯軸(15)上，法碼(14)通過鋼絲繩(13)與杠桿(9)的另一端下側(cè)壁連接，杠桿(9)上帶有刻度(12);下壓板(7)通過上壓板(10)安裝在杠桿(9)上，加載桿二(20)的上端與下壓板(7)的下端連接，下壓板(7)、上壓板(10)和加載桿二(20)三者連接在一起并可同時沿杠桿(9)移動，支撐板9立在底板(I)的上端面上并與底板(I)固定，支撐板(9)用于將六維力傳感器本體(3)垂直固定底板(I)上，力轉(zhuǎn)接盤(4)與六維力傳感器本體(3)相連接，力轉(zhuǎn)接盤(4)與底板(I)垂直設(shè)置，加載桿二(20)的下端為球形結(jié)構(gòu)并與力轉(zhuǎn)接盤(4)上的一側(cè)面幾何中心處的球窩(4-3-1)接觸，或與力轉(zhuǎn)接盤(4)上的另一側(cè)面幾何中心處的球窩(4-3-2)接觸；力轉(zhuǎn)接盤(4)上的一側(cè)面和力轉(zhuǎn)接盤(4)上的另一側(cè)面相互垂直； Mz方向標定裝置(III)包括底板(I)、壓條(2)、力矩轉(zhuǎn)接盤(21)、加載橫條二(26)、力口載滑輪組件(23)、立柱(24)、導(dǎo)向滑輪組件(25)、鋼絲繩(13)和砝碼(14);壓條⑵用于將六維力傳感器本體(3)水平固定底板(I)上，六維力傳感器本體(3)的上端連接力矩轉(zhuǎn)接盤(21)，加載橫條二(26)位于力矩轉(zhuǎn)接盤(21)的上方且二者平行設(shè)置，力矩轉(zhuǎn)接盤(21)與加載橫條二(26)下表面固接，加載橫條二(26)的左右兩端分別布置載滑輪組件(23)，底板(I)的上端面的兩對角處各定有立柱(24)，位于前方的立柱(24)的中部布置有導(dǎo)向滑輪組件(25)，位于后方的立柱(24)的中部也布置有導(dǎo)向滑輪組件(25)，鋼絲繩(13)的一端懸掛砝碼(14)，鋼絲繩(13)依次繞過位于前方的立柱(24)上的導(dǎo)向滑輪組件(25)上的滑輪、位于加載橫條二(26)左端的加載滑輪組件(23)上的滑輪、位于加載橫條二(26)右端的加載滑輪組件(23)上的滑輪、位于后方的立柱(24)上的導(dǎo)向滑輪組件(25)上的滑輪，鋼絲繩(13)另一固定在底板(I)上；加載滑輪組件(23)上的滑輪的軸線與導(dǎo)向滑輪組件(25)上的滑輪的軸線垂直設(shè)置； Mx、My方向標定裝置(IV)包括底板(I)、壓條(2)、力矩轉(zhuǎn)接盤(21)、加載橫條一(22)、加載滑輪組件(23)、立柱(24)、導(dǎo)向滑輪組件(25)、鋼絲繩(13)和砝碼(14);壓條⑵用于將六維力傳感器本體(3)水平固定底板(I)上，六維力傳感器本體(3)的上端連接力矩轉(zhuǎn)接盤(21)，加載橫條一(22)位于力矩轉(zhuǎn)接盤(21)的上方且二者垂直設(shè)置，力矩轉(zhuǎn)接盤(21)與加載橫條一(22)的下端固接，加載橫條一(22)的上下兩端分別布置載滑輪組件(23)，底板(I)的上端面的兩端各定有立柱(24)，位于左邊的立柱(24)的上端布置有導(dǎo)向滑輪組件(25)，位于右邊的立柱(24)的下部也布置有導(dǎo)向滑輪組件(25)，鋼絲繩(13)的一端懸掛砝碼(14)，鋼絲繩(13)依次繞過位于左邊的立柱(24)上端的導(dǎo)向滑輪組件(25)上的滑輪、位于加載橫條一(22)上端的加載滑輪組件(23)上的滑輪、位于加載橫條一(22)下端的加載滑輪組件(23)上的滑輪、位于左邊的立柱(24)下部的導(dǎo)向滑輪組件(25)上的滑輪，鋼絲繩(13)另一固定在底板(I)上；加載滑輪組件(23)上的滑輪的軸線與導(dǎo)向滑輪組件(25)上的滑輪的軸線平行設(shè)置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種無耦合六維力傳感器的組合式標定裝置，其特征在于所述加載滑輪組件23包括擋圈一(23-1)、滑輪軸一(23-2)、軸承三(23_3_1)、軸承四(23-3-2)、滑輪座(23-4)、滑輪一 (23-5)和墊片(23-6);滑輪座(23-4)安裝在加載橫條一(22)上，滑輪軸一(23-2)的一端通過軸承三(23-3-1)、軸承四(23_3_2)安裝在滑輪座(23-4)內(nèi)，滑輪一(23-5)安裝在滑輪軸一(23-2)的另一端，滑輪一(23_5)通過墊片(23-6)、螺釘(23-7)安裝在滑輪軸一(23-2)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種無耦合六維力傳感器的組合式標定裝置，其特征在于所述導(dǎo)向滑輪組件(25)包括滑輪二(25-1)、擋圈二(25-2)、軸承五(25_3_1)、軸承六(25-3-2)和滑輪軸二(25-4);滑輪軸二(25_4)安裝在立柱(24)上，滑輪二(25_1)通過軸承五(25-3-1)、軸承六(25-3-2)安裝在滑輪軸二(25_4)上，擋圈二(25_2)用于固定位于外端的軸承五(25-3-1)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種無耦合六維力傳感器的組合式標定裝置，其特征在于所述力轉(zhuǎn)接盤(4)的下端面開有用于和六維力傳感器本體3相配合連接的力轉(zhuǎn)接盤圓形凹槽(4-1)，所述力轉(zhuǎn)接盤4還設(shè)有多個用于連接的力轉(zhuǎn)接盤螺紋孔(4-2);力轉(zhuǎn)接盤(4)的上端面以及四周的側(cè)面上還設(shè)有五個球窩(4-3)，五個球窩(4-3)分別為位于轉(zhuǎn)接盤(4)上的相對兩個側(cè)面幾何中心處的兩個球窩(4-3-1)、位于轉(zhuǎn)接盤(4)上的另外兩個相對兩個側(cè)面幾何中心處的兩個球窩(4-3-2)、位于力轉(zhuǎn)接盤(4)上表面幾何中心處的球窩(4-3-3)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的一種無耦合六維力傳感器的組合式標定裝置，其特征在于所述力矩轉(zhuǎn)接盤(21)的下端面上開有用于和六維力傳感器本體(3)相配合連接的力矩轉(zhuǎn)接盤圓形凹槽(21-2)，所述力矩轉(zhuǎn)接盤(21)上還設(shè)有多個用于連接的力矩轉(zhuǎn)接盤螺紋孔(21-1)，所述力矩轉(zhuǎn)接盤(21)的上端面上設(shè)有兩個長方體凸臺(21-3)，兩個長方體凸臺(21-3)用于對加載橫條一(22)、加載橫條二(26)進行定位。
全文摘要
一種無耦合六維力傳感器的組合式標定裝置，屬于傳感器標定技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明為解決現(xiàn)有的六維力傳感器標定裝置存在體積較大、裝配調(diào)試困難的問題。組合式標定裝置包括Fz方向標定裝置；Fx、Fy方向標定裝置；Mz方向標定裝置；Mx、My方向標定裝置，壓條壓住傳感器本體的下板從而將傳感器本體固定在底板上。力轉(zhuǎn)接盤通過與傳感器本體相連接。杠桿的一端固定在軸承座上，另一端使用鋼絲繩懸掛砝碼。由杠桿原理，砝碼的重量放大之后通過加載桿一加載桿二施加在力轉(zhuǎn)接盤上。利用砝碼作為力源，利用杠桿原理和滑輪組實現(xiàn)增力作用。與其他六維力傳感器標定裝置相比，本發(fā)明采用組合式方法以實現(xiàn)不同方向的標定，故體積較小、零件數(shù)量少、安裝調(diào)試簡單易行。
文檔編號G01L25/00GK102749168SQ20121026065
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月26日
發(fā)明者吳偉國, 李生廣 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)