一种基于蜗轮蜗杆的压力传感器标定实验装置制造方法及图纸

技术编号:20900144 阅读:32 留言:0更新日期:2019-04-17 16:02
本发明专利技术属于传感器标定技术领域,并公开了一种基于蜗轮蜗杆的压力传感器标定实验装置,可实现对压力传感器的快速标定。压力传感器粘附在电子秤的中心位置,利用直线导轨和滑块配合的传动方式抵消滑动摩擦,利用蜗轮蜗杆驱动丝杠调节T型调节台和压力触头的高度。本发明专利技术还可以通过增加蜗杆构成两级蜗轮蜗杆机构,其具有快调节和微调节两种调节机制。本发明专利技术在对压力传感器进行标定前需要对标定装置进行调零,在完成初始调零后,还可以对调零精度进行自我校正。基于本发明专利技术搭建压力传感器标定实验系统,该系统能够输出压力传感器的曲线拟合表达式,完成对压力传感器的最终标定。本发明专利技术降低了传感器标定的周期和成本,能够满足科学研究的及时性要求。

【技术实现步骤摘要】
一种基于蜗轮蜗杆的压力传感器标定实验装置
本专利技术属于传感器标定
,尤其涉及一种基于蜗轮蜗杆的压力传感器标定实验装置的结构设计。
技术介绍
仿人机械灵巧手是一种模仿人手的外观、结构和抓取功能而设计的具有多手指、多自由度的机器人末端执行器,是机器人系统中非常重要的组成部分,该类机械手运动灵活并且具有良好的感知能力,能够实现人手的灵活运动和稳定抓握等功能,可以完成各种复杂任务及对各种对象的精确操作。机器人灵巧手由机械系统、传感系统、驱动系统、控制系统等部分构成,其中,传感系统是灵巧手感知外部环境的重要信息来源,具有不可替代的作用。为了完成对物体的抓取和操作任务,通常需要多个手指进行协调配合,而协调配合的必要条件是机器人灵巧手本身能够获取足够的环境信息。虽然机器人可以通过其他知觉形式(如视觉)来协助操作,但是触觉传感器能够提供接触目标更多的物理信息(如硬度、温度等)。触觉传感器是机器人灵巧手获取环境信息的一种直接媒介,不仅能够检测灵巧手与接触目标的接触力、接触位置等信息,还可以通过检测接触目标的物理信息对接触目标进行分类从而实现目标识别。因此,触觉传感器对提高灵巧手的精细抓取操作能力和智能化水平具有重要意义。压力传感器是机器人灵巧手广泛使用的一类重要的触觉传感器,可以检测机器人灵巧手实现稳定抓持所必须的力信息,而压力传感器的标定精度是影响其采样数据精度的重要因素。通过查阅公开的文献和专利,发现鲜有针对机器人灵巧手压力传感器标定而设计的简单有效的实验装置。哈尔滨工业大学的博士论文《操作感知一体化灵巧假手机构及滑动控制的研究》提及一种借助第三方的六维力传感器来辅助标定的技术方案,但是多维力传感器通常价格昂贵,动辄上万元,导致该方案成本高,且制作周期长,不利于推广应用。
技术实现思路
有鉴于此,本专利技术的目的在于提供一种基于蜗轮蜗杆的压力传感器标定实验装置,能够实现对压力传感器的精准标定,解决了现有技术中实验装置成本高、制作周期长的问题。此外,本专利技术结构简单,操作简便,适于实际使用。为解决上述技术问题,本专利技术所采取的技术方案如下:本专利技术设计的一种基于蜗轮蜗杆的压力传感器标定实验装置,包括电子秤、压力传感器、标定装置、砝码,其特征在于:所述电子秤置于标定装置的基座上,所述压力传感器粘附在电子秤的中心位置,所述标定装置包括:基座,直线轴承,滑块,T型调节台,压力触头,上滑台,载物台,顶盖,蜗轮蜗杆组件,角架。所述基座为长方形构件,四个顶角做圆角处理,设置有3组角架的定位孔。所述直线导轨的下端通过角架固定于基座,上端通过角架固定于顶盖。所述滑块分为两组,一组滑块连接T型调节台的三个端面,另一组滑块连接上滑台的两个端面。所述T型调节台通过滑块与直线导轨连接,设置有压力触头杆的通孔和丝杠的定位孔。所述压力触头包括:压力触头杆、压缩弹簧,压力触头杆的顶端通过螺栓固定于上滑台,末端则穿越T型调节台的通孔,压缩弹簧套在压力触头杆上,其下端与T型调节台接触。所述上滑台通过滑块与直线导轨连接。所述载物台为圆形构件,通过螺栓与上滑台连接。所述顶盖为长方形构件,四个顶角做圆角处理,设置有角架的定位孔、丝杠的通孔、蜗轮蜗杆组件的定位孔。所述蜗轮蜗杆组件包括:丝杠,端盖,轴承,蜗轮、蜗轮轴、支座、偏心套,蜗杆、旋柄,蜗轮和蜗轮轴通过方键连接,端盖和支座通过螺栓与偏心套连接,支座通过螺栓固定在顶盖上,蜗轮轴通过内部螺纹孔与丝杠连接,丝杠下端与T型调节台连接。本专利技术所述的一种基于蜗轮蜗杆的压力传感器标定实验装置,其特征还在于:压缩弹簧初始为压缩状态。本专利技术所述的一种基于蜗轮蜗杆的压力传感器标定实验装置,其特征还在于:压缩弹簧要能够支撑压力触头、上滑台、载物台和砝码的整体重量,选用具有弹性好、刚度大等优点的模具弹簧。本专利技术所述的一种基于蜗轮蜗杆的压力传感器标定实验装置,其特征还在于:蜗轮蜗杆组件具有自锁特性,在完成调零后,其反向自锁性可起锁死作用。本专利技术所述的一种基于蜗轮蜗杆的压力传感器标定实验装置,其特征还在于:蜗杆和蜗轮的传动比影响调零的精度和T型调节台的移动速度:传动比越小,调零精度越高,但T型调节台的移动速度越慢。在实际使用中,要平衡调零精度和T型调节的移动速度之间的需求关系,选择合适的传动比。本专利技术所述的一种基于蜗轮蜗杆的压力传感器标定实验装置,其特征还在于:可以通过增加蜗杆构成两级蜗轮蜗杆机构,其具有快调节和微调节两种调节机制:通过控制快调节旋柄,驱动快调节蜗杆带动蜗轮使得T型调节台和压力触头快速下移;通过控制微调节旋柄,驱动微调节蜗杆通过与快调节蜗杆的啮合关系带动蜗轮使得T型调节台和压力触头缓慢下移。本专利技术所述的一种基于蜗轮蜗杆的压力传感器标定实验装置,其特征还在于:本专利技术实施例在对压力传感器标定前需要进行调零,具体操作如下:1)将标定装置放置于水平桌面;2)将电子秤和压力传感器放置在预定位置,电子秤需要一步去皮操作,此时,电子秤显示为零;3)调节蜗轮蜗杆组件,驱动丝杠带动T型调节台下移;4)当T型调节台下移一定的位移后,压力触头接触压力传感器,并作用于电子秤,此时,电子秤显示为大于零的数值;5)正反向反复微调蜗轮蜗杆,找到令电子秤的显示由零发生突变的位置,即为调零过程的零点位置,完成调零过程。本专利技术所述的一种基于蜗轮蜗杆的压力传感器标定实验装置,其特征还在于:本专利技术实施例能够实现对上述调零精度的自我校正,具体操作如下:1)完成初始调零后,在载物台上依次放置不同规格的标准砝码,记录每种规格的砝码对应的电子秤的测量值;2)计算电子秤的测量值与标准砝码的标称值之间的误差;3)根据误差的范围对调零精度进行评价。4)调零精度达到要求,则进行后续的标定步骤;反之,则重新进行调零过程。本专利技术所述的一种基于蜗轮蜗杆的压力传感器标定实验装置,其特征还在于:压力传感器的工作原理为:1)当受到外部压力时,传感器的表面产生压缩变形,引起电路中的电阻发生变化,随着压力的增大,阻值减小;2)连接一个电阻转电压模块,将阻值信息转换为电压信息,输出电压随着阻值的增大而减小;3)由阻值与压力之间的关系,可知输出电压随压力的增大而增大。压力传感器的标定即为:对传感器施加已知的外部压力,获取传感器的输出电压值,进而计算外部压力和输出电压之间的关系表达式。由此,基于本专利技术实施例搭建如图10所示的压力传感器标定实验系统,包括标定装置、Arduino数据采集板和安装有Labview软件和MATLAB软件的工控机,该系统实现标定的具体步骤如下:1)标定装置调零;2)由标准砝码组合构成不同的重量,按照重量从小到大的顺次,依次放置在圆形载物台上,压力传感器输出相应的测量值,Arduino数据采集板对压力传感器的输出值进行采样;3)对于每个重量值,计算多次Arduino数据采集板的采样值的平均值作为其对应的压力传感器输出值;4)Arduino数据采集板通过串口通信将采样数据传输给工控机上的Labview,Labview完成对采样数据的接收、显示和存储等操作;5)在MATLAB环境中,借助其强大的计算能力,完成对采样数据的曲线拟合,并验证得到的拟合曲线与采样数据曲线之间的相关系数是否满足精度要求;6)相关系数满足精度要求,说明得到的拟合曲线符合要求,则完成对压力传感器的标本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种基于蜗轮蜗杆的压力传感器标定实验装置,其特征在于:包括电子秤1、压力传感器2、标定装置3、砝码4;所述电子秤1置于标定装置3的基座31上;所述压力传感器2粘附在电子秤1的中心位置;所述标定装置3包括:基座31,直线轴承32,滑块33,T型调节台34,压力触头35,上滑台36,载物台37,顶盖38,蜗轮蜗杆组件39,角架310;所述基座31为长方形构件,四个顶角做圆角处理,设置有3组角架310的定位孔;所述直线导轨32包括321、322、323,直线导轨32下端被角架310固定于基座31,直线导轨32上端被角架310固定于顶盖38;所述滑块33包括滑块331、332、333、334、335,滑块331、332、333分别连接T型调节台34的三个端面,滑块334、335分别连接上滑台36的两个端面;所述T型调节台34通过滑块331、332、333与直线导轨32连接,设置有压力触头杆351的通孔、丝杠391的定位孔;所述压力触头35包括:压力触头杆351、压缩弹簧352,压力触头杆351的顶端通过螺栓固定于上滑台36,末端则穿越T型调节台34的通孔,压缩弹簧352套在压力触头杆351上,其下端与T型调节台34接触;所述上滑台36通过滑块334、335与直线导轨321、323连接;所述载物台37为圆形构件,通过螺栓与上滑台36连接;所述顶盖38为长方形构件,四个顶角做圆角处理,设置有角架310的定位孔、丝杠391的通孔、蜗轮蜗杆组件39的定位孔;所述蜗轮蜗杆组件39包括:丝杠391,端盖392、399、3912,轴承393、396、3910、3911,蜗轮394、蜗轮轴395、支座397、偏心套398,蜗杆3913、旋柄3914,蜗轮394和蜗轮轴395通过方键连接,端盖392、399、3912和支座397通过螺栓与偏心套398连接,支座397通过螺栓固定在顶盖38上,蜗轮轴395通过内部螺纹孔与丝杠391连接,丝杠391下端与T型调节台34连接。...

【技术特征摘要】
1.一种基于蜗轮蜗杆的压力传感器标定实验装置,其特征在于:包括电子秤1、压力传感器2、标定装置3、砝码4;所述电子秤1置于标定装置3的基座31上;所述压力传感器2粘附在电子秤1的中心位置;所述标定装置3包括:基座31,直线轴承32,滑块33,T型调节台34,压力触头35,上滑台36,载物台37,顶盖38,蜗轮蜗杆组件39,角架310;所述基座31为长方形构件,四个顶角做圆角处理,设置有3组角架310的定位孔;所述直线导轨32包括321、322、323,直线导轨32下端被角架310固定于基座31,直线导轨32上端被角架310固定于顶盖38;所述滑块33包括滑块331、332、333、334、335,滑块331、332、333分别连接T型调节台34的三个端面,滑块334、335分别连接上滑台36的两个端面;所述T型调节台34通过滑块331、332、333与直线导轨32连接,设置有压力触头杆351的通孔、丝杠391的定位孔;所述压力触头35包括:压力触头杆351、压缩弹簧352,压力触头杆351的顶端通过螺栓固定于上滑台36,末端则穿越T型调节台34的通孔,压缩弹簧352套在压力触头杆351上,其下端与T型调节台34接触;所述上滑台36通过滑块334、335与直线导轨321、323连接;所述载物台37为圆形构件,通过螺栓与上滑台36连接;所述顶盖38为长方形构件,四个顶角做圆角处理,设置有角架310的定位孔、丝杠391的通孔、蜗轮蜗杆组件39的定位孔;所述蜗轮蜗杆组件39包括:丝杠391,端盖392、399、3912,轴承393、396、3910、3911,蜗轮394、蜗轮轴395、支座397、偏心套398,蜗杆3913、旋柄3914,蜗轮394和蜗轮轴395通过方键连接,端盖392、399、3912和支座397通过螺栓与偏心套398连接,支座397通过螺栓固定在顶盖38上,蜗轮轴395通过内部螺纹孔与丝杠391连接,丝杠391下端与T型调节台34连接。2.根据权利要求1所述的一种基于蜗轮蜗杆的压力传感器标定实验装置,其特征在于:压缩弹簧352初始为压缩状...

【专利技术属性】
技术研发人员:魏世民张英坤陈冠男盛海燕喻洋杨政朱赣闽
申请(专利权)人:北京邮电大学
类型:发明
国别省市:北京,11

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