正交自標定分支雙球解耦六維測力平臺的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于傳感器領域，特別涉及一種正交自標定分支雙球解耦六維測力平臺。
【背景技術】
[0002]傳感器是一種能把物理量、化學量、生物量等特定的被測量信息，按照一定規(guī)律轉化成某些可用信號并輸出的器件或裝置。它是一個知識密集、技術密集、跨學科的獨立機電一體化系統(tǒng)，同時又成為其它機電一體化系統(tǒng)的重要組成部分。因此，力傳感器作為測量力學信號的基本單元在航空航天、機器人、生物力學等領域應用最廣泛，而由于六維力傳感器可以同時測量在笛卡爾坐標系中描述的六個力/力矩分量成為當前高技術領域最主要的力傳感器。在六維力傳感器的研制中，彈性體的結構因決定了多維力傳感器的優(yōu)劣而成為研究的核心問題。目前國內外發(fā)展相對比較成熟的微型、小量程多維力傳感器，其彈性體結構多采用一體式結構，具有無關節(jié)摩擦和間隙、線性度好、重復性高以及滯后小的優(yōu)點。但由于剛度低、維間耦合大、結構復雜、加工工藝性差等缺點導致其不適用于作為重載大型多維力傳感器的彈性體結構。并聯(lián)機構剛度大、力映射關系簡明，是作為重載大型多維力傳感器彈性體結構的理想選擇。但由于存在關節(jié)摩擦和間隙，基于傳統(tǒng)并聯(lián)機構的大型多維力傳感器普遍存在各向異性顯著、維間耦合大、測量穩(wěn)定性差等缺點?？梢钥闯觯趥鹘y(tǒng)并聯(lián)機構的彈性體結構并不能滿足研制重載大型多維力傳感器的要求。重載多維力傳感器由于維間耦合導致測力精度較低，適用性較差，限制了其在高精尖技術領域的應用。要抑制多維力傳感器的維間耦合需設計傳感器的結構，從源頭上實現(xiàn)機械解耦。專利ZL200810055347.0公開了一種整體預緊雙層上下非對稱七桿并聯(lián)結構六維力傳感器，采用了錐頭式球面副，具有剛度高、測量精度高等優(yōu)點，但是采用錐頭式球面副使得傳感器測力分支只能承受壓力，且需在底盤上方布置相同測力分支以便傳感器可測量六維力。專利ZL99102526.1公開了一種整體預緊平臺式六維力傳感器，其分支也采用圓錐式球副，測力分支只能承受壓力，因此在傳統(tǒng)Stewart平臺機構上、下平臺間增設了預緊支路，同時增大了傳感器剛度，但結構較為復雜，且預緊支路會對其它測量方向有耦合作用影響精度。專利ZL200910075789.6公開了一種過約束大量程并聯(lián)六維測力平臺，結構簡單，測量精度高，適用于大量程測量場合，測力分支可承受拉力與壓力，但是采用了傳統(tǒng)球鉸，關節(jié)間摩擦較大，影響測力平臺的測量精度。專利ZL201310606316.0公開了一種機械解耦重載并聯(lián)六維測力平臺，具有測量精度高、量程大等優(yōu)點，分支中采用了鋼球結構，減小了關節(jié)摩擦耦合，但是測力分支只能承受壓力，需要在測力臺上方另外增設相應分支使得傳感器可測量六維力，使得結構復雜，安裝較困難難以保證上下分支鋼球同心而影響測力平臺精度。專利ZL201510433218.0公開了一種隨路面的整車式動態(tài)汽車衡，可廣泛應用于動態(tài)稱重領域。專利ZL201410213086.6公開了一種汽車衡，秤臺設置為分開式的并可拆卸，節(jié)省材料，方便運輸，減少了自重。專利ZL201210085300.5公開一種汽車衡，結構新穎，具有在耗費同樣多的鋼材的前提下，提高秤體橫向強度等優(yōu)點。汽車衡稱重結構中汽車衡測量分支也都采用了鋼球結構使鋼球與傳感器接觸，采用鋼球使得測力分支關節(jié)摩擦解耦，但是測力分支只能承受拉力，可以滿足汽車衡稱重需求但是不能測量六維力，不能應用于六維力測量場入口 Ο

【發(fā)明內容】

[0003]針對現(xiàn)有多維力傳感器存在耦合及其解耦技術復雜等不足，提供了一種關節(jié)摩擦耦合小，測量精度高，輸入輸出關系明確、安裝方便、適合大測力面大量程重載測量場合的六維力測力平臺。
[0004]本發(fā)明解決上述技術問題所采用的技術方案如下:
[0005]本發(fā)明包括上平臺、下平臺、連接上下平臺的雙球解耦垂向測力分支和雙球解耦水平測力分支；雙球解耦垂向測力分支和雙球解耦水平測力分支的數(shù)量分別為3-36個，兩種分支數(shù)量相等，均布在上平臺和下平臺之間。
[0006]雙球解耦垂向測力分支包括垂向分支上支座、上解耦鋼球、定位柱、壓緊端蓋、承載板、單維雙向力傳感器、下解耦鋼球、垂向分支下支座，其中，垂向分支上支座為帶頂蓋的方框型結構，在垂向分支上支座的頂蓋正中設有通孔，通孔內設有上壓緊端蓋，在上壓緊端蓋和單維雙向力傳感器上端之間設有上解耦鋼球，在上解耦鋼球相對應的垂向分支上支座豎板水平四個側面上分別設有通孔，通孔內分別設有彈簧支撐可伸縮的定位柱；垂向分支下支座為凹型結構；垂向分支上支座與垂向分支下支座相錯相扣連接，在垂向分支下支座的兩個豎板之間設有帶通孔的承載板，上述單維雙向力傳感器固定在承載板上；在垂向分支上支座底蓋中心設有盲孔，盲孔內放有下壓緊端蓋，下壓緊端蓋上設有下解耦鋼球，在下解耦鋼球相對應垂向分支上支座豎板水平四個側面上分別設有通孔，通孔內分別設有彈簧支撐可伸縮的定位柱；上述單維雙向力傳感器下端與下解耦鋼球接觸；通過調整設在垂向分支上支座上面的壓緊端蓋與上解耦鋼球間的間隙實現(xiàn)預緊調整。
[0007]雙球解耦水平測力分支包括水平分支上支座、左解耦鋼球、定位柱、單維雙向力傳感器、調緊楔塊、右解耦鋼球、水平分支下支座。其中，水平分支上支座為向下的凹型結構，在水平分支上支座兩向下凸塊中間左右方向分別設有水平通孔，通孔內分別設有調緊楔塊和解耦鋼球；在左、右解耦鋼球相對應水平分支上支座豎板水平四個側面上分別設有通孔，通孔內分別設有彈簧支撐可伸縮的定位柱；水平分支下支座為倒Τ型結構，水平分支上支座與水平分支下支座倒扣在一起，水平分支下支座的垂直板中間設有單維雙向力傳感器，該傳感器與上述兩個鋼球相接觸；通過調節(jié)上述在水平分支上支座的調緊楔塊與解耦鋼球間的間隙實現(xiàn)預緊調整。
[0008]本發(fā)明的有益效果是:
[0009]1.關節(jié)間為滾動摩擦，關節(jié)摩擦耦合小，測量精度高。
[0010]2.雙球解耦垂向測力分支與雙球解耦水平測力分支機械解耦且可承受雙向受力。
[0011]3.測力平臺對于各維力加載測量的輸入輸出關系明確，標定簡單。
[0012]4.雙球解耦垂向測力分支與雙球解耦水平測力分支模塊化，安裝調試便捷。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明的16分支正交自標定分支雙球解耦六維測力平臺示意簡圖；
[0014]圖2為本發(fā)明的16分支正交自標定分支雙球解耦六維測力平臺剖面圖Α-Α示意簡圖；
[0015]圖3為本發(fā)明雙球解耦垂向測力分支結構示意簡圖；
[0016]圖4為本發(fā)明雙球解耦垂向測力分支剖面B-B結構示意簡圖；
[0017]圖5為本發(fā)明雙球解耦水平測力分支結構示意簡圖；
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