The present invention provides a calibration device for a six-dimensional force sensor, which comprises a sensor elastomer, the center of which is provided with a force hole, and the calibration device for the six-dimensional force sensor includes a frame, a rotating mechanism, a force device, a first loading device, a second loading device, a third loading device and a control system. The method realizes the accurate measurement of force/moment input and output of each dimension by synchronously loading two ends of elastomer of six-dimensional force sensor; adopts the fixed force source and moving the sensor to be calibrated, uses only five force sources and moves the rotary platform only once, thus completes the whole calibration; the rotary platform rotates electronically, automatically limits the position, and the loading device can be identical with the force axis. Stepwise rotation reduces the difficulty of manual operation, avoids man-made errors, and has good calibration repeatability. Spring is used as accumulator to avoid the instability error of motor rotation, and the synchronous calibration of loading and unloading process is realized.
【技术实现步骤摘要】
一种六维力传感器标定装置及其标定的方法
本专利技术涉及力传感器标定领域，特别是涉及一种六维力传感器标定装置及其标定的方法。
技术介绍
六维力传感器作为多维力传感器的最完整形态，能够同时检测空间任意坐标系的三维力分量（Fx,Fy,Fz）和三维力矩分量（Mx,My,Mz），广泛应用于航空航天、机械制造与装配、医学工程、汽车行业、体育竞技等各个领域。对设计和加工完成的传感器进行标定，确定其各个维度的输入输出关系，进而进行求解计算，是传感器研制过程中的重要环节，直接影响着传感器的测量精度。六维力传感器由于维度较多，维间耦合影响较大，因而难以使用传统单维力传感器的标定装置和标定方法进行标定。因此，对六维力传感器的标定装置及标定方法进行研究和设计具有非常重要的应用价值。目前多维力传感器的标定装置主要有砝码加载式、龙门式和减速机式等。中国专利公开号CN103604561A公开了一种砝码加载式标定装置，通过砝码和滑轮组对传感器进行标定试验，具有力值稳定的优点，但不能进行自动标定，工作量大，且容易引入人为操作误差。中国专利公开号CN103196629A公开了一种利用减速机和高精度单...
【技术保护点】
1.一种六维力传感器标定装置，所述六维力传感器包括传感器弹性体，所述传感器弹性体的中心设置有受力孔，其特征在于：包括机架、转动机构、受力装置、第一加载装置、第二加载装置、第三加载装置和控制系统；所述机架包括支撑平台（1）、支撑腿（2）和固定在支撑平台（1）上的门式支架（3）；所述转动机构包括设置在支撑平台上方的旋转平台（4），所述旋转平台（4）的旋转中心位于门式支架横梁中点的正下方，并且旋转平台（4）的旋转中心处设置有用于固定传感器弹性体的安装孔（5）；所述受力装置包括穿过固定在受力孔内的受力轴（6），并且受力轴（6）的中点位于受力孔中心处；所述第一加载装置包括可产生左右向...
【技术特征摘要】
1.一种六维力传感器标定装置，所述六维力传感器包括传感器弹性体，所述传感器弹性体的中心设置有受力孔，其特征在于：包括机架、转动机构、受力装置、第一加载装置、第二加载装置、第三加载装置和控制系统；所述机架包括支撑平台（1）、支撑腿（2）和固定在支撑平台（1）上的门式支架（3）；所述转动机构包括设置在支撑平台上方的旋转平台（4），所述旋转平台（4）的旋转中心位于门式支架横梁中点的正下方，并且旋转平台（4）的旋转中心处设置有用于固定传感器弹性体的安装孔（5）；所述受力装置包括穿过固定在受力孔内的受力轴（6），并且受力轴（6）的中点位于受力孔中心处；所述第一加载装置包括可产生左右向力的第一驱动机构（A01）、第一施力臂(A02)和用于测量第一驱动机构（A01）左右向力的第一力传感器（A03）；所述第一驱动机构（A01）固定在门式支架（3）左侧立柱且位于支撑平台（2）上方；所述第一施力臂（A02）的左端连接在第一驱动机构（A01）输出端，第一施力臂（A02）的右端与所述受力轴（6）上端连接，向受力轴（6）施加左右向力；所述第二加载装置与第一加载装置沿受力轴的中点对称布置；第二加载装置包括可产生左右向力的第二驱动机构（B01）、第二施力臂（B02）和用于测量第二驱动机构（B01）左右向力的第二力传感器（B03）；所述第二驱动机构（B01）固定在门式支架（3）右侧立柱且位于支撑平台（1）下方；所述第二施力臂（B02）的右端连接在第二驱动机构（B01）输出端，第二施力臂（B02）左端与所述受力轴（6）下端连接，向受力轴（6）施加左右向力；所述第三加载装置包括可产生上下向力的第三驱动机构（C01）、可产生前后向力的第四驱动机构（C02）、可产生前后向力的第五驱动机构（C03）和第三施力臂（C04）；所述第三驱动机构（C01）、第四驱动机构（C02）和第五驱动机构（C03）均固定在门式支架（3）横梁上；所述第三施力臂（C04）的上端面与第三驱动机构（C01）的输出端相连；第三施力臂（C04）的上端还设置有一个平行于门式支架（3）横梁的横臂（C05）；所述横臂（C05）的前端面的右侧与所述第四驱动机构（C02）输出端相连，所述横臂（C05）后端面的左侧与第五驱动机构（C03）输出端相连；所述第三施力臂（C04）的下端与所述受力轴（6）上端连接，向受力轴（6）施加上下向力和沿受力轴（6）轴心线的旋转力；所述第三加载装置还包括用于测量所述第三施力臂（C04）向受力轴（6）施加的上下向力的第三力传感器（C06）和用于测量所述第三施力臂（C04）向受力轴（6）施加的沿受力轴（6）轴心线的旋转力的扭矩传感器（C07）；所述控制系统根据接收到的第一力传感器（A03）、第二力传感器（B03）、第三力传感器（C03）的信号，发出控制信号控制第一驱动机构（A01）、第二驱动机构（B01）和第三驱动机构（C01）的输出力；控制系统根据接收到的扭矩传感器（C07）的信号，发出控制信号控制第四驱动机构（C02）和第五驱动机构（C03）的输出力。2.根据权利要求1所述的六维力传感器标定装置，其特征在于：所述受力轴（6）的上端和下端分别固定有上端受力盘（7）和下端受力盘（8），所述上端受力盘（7）和下端受力盘（8）分别设置有沿受力轴（6）中点对称布置的旋转通槽；所述旋转通槽包括一个圆弧通槽（9）以及分别设置在圆弧通槽（9）圆弧两端的顺时针直线通槽（10）和逆时针直线通槽（11）；所述顺时针直线通槽（10）和逆时针直线通槽（11）垂直；所述第一施力臂（A02）的右端设置有一个挂在上端受力盘（7）旋转通槽内并可沿上端受力盘（7）旋转通槽滑动的第一挂钩（A04）；所述第二施力臂（B02）的左端设置有一个挂在下端受力盘（8）旋转通槽内并可沿下端受力盘（8）旋转通槽滑动的第二挂钩（B04）；当第一挂钩（A04）位于上端受力盘（7）的顺时针直线通槽（10）时，第二挂钩（B04）位于下端受力盘（8）的顺时针直线通槽（10），且所述旋转平台（4）逆时针旋转90°后，第一挂钩（A04）位于上端受力盘（7）的逆时针直线通槽（11）处，第二挂钩（B04）位于下端受力盘（8）的逆时针直线通槽（11）。3.根据权利要求2所述的六维力传感器标定装置，其特征在于：所述受力轴（6）的上端设置有定位桩，所述定位桩包括一个定位圆盘（12）以及连接在定位圆盘（12）外缘的顺时针旋转定位杆（13）和逆时针旋转定位杆（14）；所述第三施力臂（C04）的下端面与定位圆盘（12）的上端面相接，并且第三施力臂（C04）的下端还设置有L型定位钩（C08）；所述L型定位钩（C08）的下底边与所述定位圆盘（12）的下端面相接；所述L型定位钩（C08）的竖直边在顺时针旋转定位杆（13）和逆时针旋转定位杆（14）之间沿定位圆盘（12）外缘的最大相对转动角度为90°；当第一挂钩（A04）位于上端受力盘（7）的顺时针直线通槽（10）时，L型定位钩（C08）的竖直边与顺时针旋转定位杆（13）相接；当第一挂钩（A04）位于上端受力盘（7）的逆时针直线通槽（11）时，L型定位钩（C08）的竖直边与逆时针旋转定位杆（14）相接。4.根据权利要求3所述的六维力传感器标定装置，其特征在于：所述旋转平台（4）是一齿轮圆盘；所述转动机构还包括固定在支撑平台（1）上的旋转平台驱动电机（15）和固定在旋转平台驱动电机（15）输出轴上的旋转平台驱动齿轮（16）；所述旋转平台驱动齿轮（16）与旋转平台（4）的外齿啮合相连；所述控制系统发出控制信号控制旋转平台驱动电机（15）的开关和转向。5.根据权利要求4所述的六维力传感器标定装置，其特征在于：所述旋转平台（4）的上端设置有径向的顺时针转动挡板（17）和逆时针转动挡板（18）；所述支撑平台（1）上固定有设置在顺时针转动挡板（17）和逆时针转动挡板（18）的转动路径上的限位板（19），并且所述限位板（19）在顺时针转动挡板（17）和逆时针转动挡板（18）之间的最大相对旋转角度为90°；当第一挂钩（A04）位于上端受力盘（7）的顺时针直线通槽（10）时，限位板（19）与顺时针转动挡板（17）相接；当第一挂钩（A04）位于上端受力盘（7）的逆时针直线通槽（11）时，限位板（19）与逆时针转动挡板（18）相接。6.根据权利要求5所述的六维力传感器标定装置，其特征在于：所述限位板（16）的端部设置有槽型光电开关（20），所述顺时针转动挡板（17）和逆时针转动挡板（18）上均设置有分隔板（21）；当所述旋转平台（4）转动至顺时针转动挡板（17）与限位板（19）相接时，所述顺时针转动挡板（17）的分隔板（21）插入所述槽型光电开关（20）的信号收发槽内阻断信号收发槽的信号；当所述旋转平台（4）转动至逆时针转动挡板（18）与限位板（19）相接时，所述逆时针转动挡板（18）的分隔板（21）插入所述槽型光电开关（20）的信号收发槽内阻断信号收发槽的信号；所述控制系统接收信号收发槽的阻断信号后，向旋转平台驱动电机（13）发出转向信号。7.根据权利要求2-6任意一项所述的六维力传感器标定装置，其特征在于：所述第一驱动机构（A01）、第二驱动机构（B01）、三驱动机构（C01）、第四驱动机构（C02）和第五驱动机构（C03）是直线丝杆步进电机；所述第一施力臂（A02）还包括连接在第一挂钩（A04）左端的第一弹簧（A05），第一弹簧（A05）左端连接第一驱动机构（A01）驱动轴；所述第一力传感器（A03）设置在第一驱动机构（A01）驱动轴和第一弹簧（A05）之间；所述第二施力臂（...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨述焱，陈望隆，胡权，孙东杰，李丹若，宋爱国，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32
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