三维力传感器的标定设备、标定测试系统及标定方法技术方案

本发明专利技术公开了一种三维力传感器的标定设备，包括设置于测试平台的测试云台和施力结构；所述测试云台上安装有待标定三维力传感器，所述待标定三维力传感器上安装有测试端子；所述测试云台包括单摇臂结构、安装于单摇臂结构上的转台和固定底座，所述转台转动安装于所述单摇臂结构，所述单摇臂结构通过旋转改变法向角度，所述转台通过旋转改变切向角度；所述施力结构包括横向滑动机构、纵向滑动机构、单维力传感器、推杆主体和推杆头。该标定设备结构更加简单，利用线性拟合出标定数据的曲线，实现对三维力传感器的自动标定、数据写入和出厂测试。和出厂测试。和出厂测试。

【技术实现步骤摘要】
三维力传感器的标定设备、标定测试系统及标定方法


[0001]本专利技术涉及三维力传感器标定
，具体的涉及一种三维力传感器的标定设备、标定测试系统及标定方法。

技术介绍

[0002]三维力传感器旨在检测三维空间中三个方向的扭矩或力矩，其能够精确测量三轴的信息，将三轴的分力转化为电压信号，采集后通过RS485总线输出，因此广泛地被应用于机器人关节校正、电机振动检测和非标自动化等领域。一方面，由于三维力传感器在生产过程中，电路元件的数值误差、测量结构的不均匀以及传感器总体安装时螺丝预紧力不一致等因素，使得传感器存在一定的零点误差；另一方面，三维力传感器的切向力传递系数与法向力传递系数需要进行准确地标定，所以需要根据其测量原理制定合适的标定方法。此外，人工手动标定所带来的误差与不确定性会放大传感器的误差，因此还需设计一套自动标定的设备，从而简化人工操作，降低标定过程中产生的人为误差。
[0003]申请号2021113331676公开了一种加载可调的三维力传感器标定装置，该标定设备采用两个旋转轴相互垂直的旋转工作台组合，通过推力计记录力。结构较为复杂，通过推力计记录力误差较大，可标定角度范围小，标定效率较低。并且标定设备只能实现标定加载的功能，并不能完成传感器出厂的测试和再标定。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种三维力传感器的标定设备、标定测试系统及标定方法，该标定设备结构更加简单，可标定角度范围大，利用线性拟合出标定数据的曲线，实现对三维力传感器的自动标定、数据写入和出厂测试。
[0005]实现本专利技术目的的技术解决方案为：
[0006]一种三维力传感器的标定设备，包括设置于测试平台的测试云台和施力结构；所述测试云台上安装有待标定三维力传感器，所述待标定三维力传感器上安装有测试端子；
[0007]所述测试云台包括单摇臂结构、安装于单摇臂结构上的转台和固定底座，所述单摇臂结构转动安装于所述第一支架上端，所述转台转动安装于所述单摇臂结构，所述单摇臂结构通过旋转改变法向角度，所述转台通过旋转改变切向角度，所述固定底座固定在所述转台上，随转台一起转动；
[0008]所述施力结构包括横向滑动机构、纵向滑动机构、单维力传感器、推杆主体和推杆头，所述单维力传感器一端固定于所述推杆头，另一端固定于推杆主体上，所述推杆主体安装于横向滑动机构，所述横向滑动机构用于推杆头的水平移动，从而向所述测试端子施加力，通过所述单维力传感器测量出力的大小，并反馈到上位机。
[0009]优选的技术方案中，所述测试端子包括有用于加载力的球状结构和连接所述球状结构的连接柱，所述连接柱上开有螺孔，通过螺丝预紧连接所述待标定传感器。
[0010]优选的技术方案中，所述推杆头为圆柱体，前端为凹入的球状结构。
[0011]优选的技术方案中，所述凹入的球状结构全面包裹所述测试端子的球状结构。
[0012]优选的技术方案中，所述待标定传感器安装于所述测试云台的固定底座上，其内部由三个120
°
分布的应变片电路以及测量电路构成，所述测量电路与上位机通信。
[0013]本专利技术还公开了一种三维力传感器的标定测试系统，包括上述的三维力传感器的标定设备和上位机，所述上位机内设置有标定流程，根据内置的标定流程控制所述标定设备进行自动标定、数据写入和出厂测试，同时利用线性拟合出标定数据的曲线。
[0014]本专利技术又公开了一种三维力传感器的标定方法，采用上述的三维力传感器的测试系统，标定方法包括以下步骤：
[0015]S01：通过移动所述推杆主体，使得所述推杆头在法向平面上向所述测试端子水平施力，同时控制所述转台转动，使得所述推杆头施力方向正对所述待测应变片电路；
[0016]S02：在受力端子上分别施加一组不同大小的力F
j
，计算所述应变片电路输出电压变化值ΔV
1j
；
[0017]S03：通过线性拟合的方式，算出切向系数d
vi
，完成切向系数的标定；
[0018]S04：使所述测试云台与标定设备平面成90
°
，在受力端子上施加垂直向下的一组不同大小的力F
j
，同样，测得所述三个不同角度的应变片电路电压变化值ΔV
1j
，ΔV
2j
，ΔV
3j
；
[0019]S05：最后通过线性拟合的方式算出切向系数d
vi
。
[0020]优选的技术方案中，所述步骤S02和S04中施加力的方法包括：所述推杆头在接触到所述测试端子时以匀速推进，即向测试端子施加变化率恒定的力，当到达测力上限时所述推杆主体停止；在此过程中所述上位机不断采集所述单维力传感器与所述待标定三维力传感器三个应变片电路的数据。
[0021]本专利技术又公开了一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现上述的三维力传感器的标定方法。
[0022]本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：
[0023](1)本专利技术的标定设备结构更加简单，可标定角度范围大，标定过程更加接近实际应用环境，同时利用线性拟合出标定数据的曲线，减小了可能存在的误差，能够将三维力在上位机中显示出来，并且通过上位机的控制，实现对三维力传感器的自动标定、数据写入和出厂测试。
[0024](2)本专利技术根据三维力传感器的测力结构，针对其测力原理，设计了一种简易而准确的标定方法，该标定方法简化了整个标定流程，且实现了标定的自动化，提高了标定效率。
附图说明
[0025]图1为本实施例三维力传感器标定设备主视图；
[0026]图2为本实施例三维力传感器标定设备的测试云台结构示意图；
[0027]图3为本实施例三维力传感器标定设备施力结构示意图；
[0028]图4为本实施例三维力传感器切向系数标定示意图；
[0029]图5为本实施例三维力传感器法向系数标定示意图；
[0030]图6为本实施例切向和法向数据拟合直线图。
[0031]图中：三维力传感器1；测试云台2；施力结构3；测试平台4；第一支架20；第二支架30；单摇臂结构201；测试端子202；球状结构2021；连接柱2022；M4连接孔203；M5连接孔204；伺服电机205；转台结构206；固定底座207；工控屏幕301；固定螺栓302；推杆头303；单维力传感器304；伺服电机305；推杆主体306；纵向丝杆滑轨307；横向丝杆滑轨308。
具体实施方式
[0032]本专利技术的原理是：本专利技术的标定设备结构更加简单，标定过程更加接近实际应用环境，同时利用线性拟合出标定数据的曲线，减小了可能存在的误差，能够将三维力在上位机中显示出来，并且通过上位机的控制，实现对三维力传感器的自动标定、数据写入和出厂测试。
[0033]实施例1：
[0034]如图1
‑
3所示，一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维力传感器的标定设备，其特征在于，包括设置于测试平台的测试云台和施力结构；所述测试云台上安装有待标定三维力传感器，所述待标定三维力传感器上安装有测试端子；所述测试云台包括单摇臂结构、安装于单摇臂结构上的转台和固定底座，所述单摇臂结构转动安装于所述第一支架上端，所述转台转动安装于所述单摇臂结构，所述单摇臂结构通过旋转改变法向角度，所述转台通过旋转改变切向角度，所述固定底座固定在所述转台上，随转台一起转动；所述施力结构包括横向滑动机构、纵向滑动机构、单维力传感器、推杆主体和推杆头，所述单维力传感器一端固定于所述推杆头，另一端固定于推杆主体上，所述推杆主体安装于横向滑动机构，所述横向滑动机构用于推杆头的水平移动，从而向所述测试端子施加力，通过所述单维力传感器测量出力的大小，并反馈到上位机。2.根据权利要求1所述的三维力传感器的标定设备，其特征在于，所述测试端子包括有用于加载力的球状结构和连接所述球状结构的连接柱，所述连接柱上开有螺孔，通过螺丝预紧连接所述待标定传感器。3.根据权利要求2所述的三维力传感器的标定设备，其特征在于，所述推杆头为圆柱体，前端为凹入的球状结构。4.根据权利要求1所述的三维力传感器的标定设备，其特征在于，所述凹入的球状结构全面包裹所述测试端子的球状结构。5.根据权利要求1所述的三维力传感器的标定设备，其特征在于，所述待标定传感器安装于所述测试云台的固定底座上，其内部由三个120
°
分布的应变片电路以及测量电路构成，所述测量电路与上位机通信。6.一种三维力传感器的标定测试系统，其特征在于，包括权利要求1
‑
5任一项所述的三维力传感器的标定设备和上位机，所述上位机内...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱培逸，温嘉懿，李鑫，刘柱，刘成成，李浩伟，龚轶航，沈钲敖，
申请(专利权)人：常熟理工学院，
类型：发明
国别省市：