一种六维力/力矩传感器标定平台制造技术

本实用新型专利技术公开了一种六维力/力矩传感器标定平台，平台中部为水平的台板，台板中心处固定安装传感器，传感器中心通孔处插入安装XY轴加载杆，传感器上端面处设置Z轴加载杆，Z轴加载杆通过中心通孔与XY轴加载杆装配固定连接；传感器的上方、四个侧面或下方设置若干滑轮组，XY轴加载杆和Z轴加载杆连接钢缆的一端，钢缆另一端通过上述滑轮组后，另一端连接砝码。本实用新型专利技术可以对力传感器特别是六维力传感器进行广义加载，并对其进行系统的标定。通过将力加载通道与力矩加载通道合并，来尽可能减少对砝码滑轮组的需求，减少系统的复杂度；具有结构简单，制作成本低廉，标定精度高，加载方便等优点。方便等优点。方便等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种六维力/力矩传感器标定平台


[0001]本技术涉及一种标定装置，具体涉及一种六维力/力矩传感器标定平台。

技术介绍

[0002]六维力/力矩传感器能够同时测量和感知空间三个方向的力和力矩载荷，可用于机械装配、产品测试、机器人物料输送、触觉、微力测量等，特别常应用于机器人末端，用于检测作业中的机器人与环境之间的多维交互力/力矩，并将交互力/力矩反馈给机器人力控制系统，实现机器人控制的力闭环。六维力传感器设计加工完成后，为确定六维力传感器的输入输出关系，进而进行解耦和求解各种输入输出特性，需要进行标定试验。
[0003]传感器的测量精度是评定传感器最重要的性能指标之一，其误差包括随机误差和系统误差。对于六维力传感器来说，其随机误差主要是由内部信号处理电路、外界干扰等因素引起；系统误差则是由标定系统的标定精度以及传感器加工精度所决定，六维力传感器由于其本身机械结构的复杂性，以及传感器在制造等加工工艺环节存在误差，传感器的各输入输出通道之间存在相互耦合的问题，需要通过标定确定各个方向输入输出的耦合关系，通过解耦补偿各维度之间耦合带来的影响。因此传感器标定装置的设计和标定方法的研究至关重要，其标定精度将直接影响其使用时的测量精度。
[0004]目前六维力/力矩传感器最为常用的形式是单轴六维力/力矩传感器，其通过中心的加载孔内竖直安装加载杆，加载杆再通过钢缆连接负载。通过负载
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钢缆
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加载杆
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传感器的施力路径来测量XYZ三个维度的负载力和力矩大小。
[0005]目前六维力传感器标定装置一般有砝码式、龙门式、千斤顶式、减速机式等方式。对于用用减速机和高精度单维力传感器进行标定的装置，通过光栅控制移动的位移和角度，进而实现传感器各个方向的自动标定，但不能实现力矩的单独加载。而以伺服电机与弹簧组合作为加载单元的标定装置，可以实现多个维度间的单独和组合标定，但加载单元数量极大，操作复杂，且同样不能实现所有方向上的力和力矩的完全分离。对于小量程的多维力传感器标定，使用砝码式标定装置，通过砝码和滑轮组对传感器进行标定试验，其具有施加力稳定、精度较等的优点。但是砝码和滑轮组的标定方式还有如下缺点：大多数砝码滑轮组都是对低维力传感器标定的，由于六维力/力矩传感器的维度高，想要做到完全不耦合的标定，会需要较多砝码滑轮组，增加系统复杂程度，现有标定平台有通过旋转传感器来减少对砝码滑轮组的需求，但其会降低标定精度，增加随机误差。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中存在的上述不足之处，本技术提供了一种六维力/力矩传感器标定平台，可以对力传感器特别是六维力传感器进行广义加载，并对其进行系统的标定。传感器标定时，将传感器固定在固定平台上，通过X、Y轴加载杆与Z轴加载杆，载荷传递钢缆以及标准砝码对传感器进行标定，通过将力加载通道与力矩加载通道合并，来尽可能减少对砝码滑轮组的需求，减少系统的复杂度；具有结构简单，制作成本低廉，标定精度高，加载
方便等优点。
[0007]为了解决上述技术问题，本技术采用了如下技术方案：
[0008]一种六维力/力矩传感器标定平台，平台中部为水平的台板，台板中心处固定安装单轴六维传感器，单轴六维传感器中心通孔处插入安装XY轴加载杆，单轴六维传感器上端面处设置Z轴加载杆，Z轴加载杆通过中心通孔与XY轴加载杆装配固定连接；单轴六维传感器的上方、四个侧面或下方设置若干滑轮组，XY轴加载杆和Z轴加载杆连接钢缆的一端，钢缆另一端通过上述滑轮组后，另一端连接砝码。
[0009]所述平台包括四个立柱，立柱顶部固定纵横合围的顶梁，相邻立柱的中部通过中梁连接，中梁上固定台板。平台中的杆件均使用铝型材制造，型材截面四个方向上均设置T型安装槽，滑轮组可使用T型螺母、角铁和螺钉固定在型材杆件上。
[0010]所述单轴六维传感器的正上方的中轴线上固定安装滑轮组Ⅰ，滑轮组Ⅰ固定安装在顶梁上方；Z轴加载杆两端分别设置竖向连接孔，竖向连接孔的位置与通过滑轮组Ⅰ的钢缆的位置竖向相匹配。
[0011]所述滑轮组Ⅰ共4个滑轮，分为两组，每组两个，每组滑轮对应一根钢缆。
[0012]所述所述单轴六维传感器的两侧分别固定安装滑轮组Ⅱ，滑轮组Ⅱ对向固定安装在中梁的外侧；Z轴加载杆两端分别设置水平连接孔，水平连接孔的位置与通过滑轮组Ⅱ的钢缆的位置水平相匹配。
[0013]所述单轴六维传感器的四侧偏上位置分别固定安装滑轮组Ⅲ，滑轮组Ⅲ固定安装在顶梁下方；XY轴加载杆的上端位置与通过滑轮组Ⅲ的钢缆的位置水平相匹配；
[0014]单轴六维传感器的四侧偏下位置分别固定安装滑轮组Ⅳ，滑轮组Ⅳ固定在台板下端面；XY轴加载杆的下端位置与通过滑轮组Ⅳ的钢缆的位置水平相匹配。
[0015]所述XY轴加载杆上下端分别设置环槽。
[0016]所述传感器为单轴六维力/力矩传感器。
[0017]标定六维力/力矩的方法如下：
[0018]在本平台标定过程中，钢缆起载荷传递作用，滑轮组起改变载荷方向作用，砝码起提供标准载荷力的作用。
[0019]标定X/Y力：滑轮组Ⅲ、滑轮组Ⅳ和XY轴加载杆配合，可进行X/Y方向力的测量：如图2所示，将所施加的加载力分成相等的两份，两根钢缆同为X或Y向，且同向，其中一根钢缆一端为二分之一加载的力，穿过滑轮组Ⅲ的一侧滑轮，钢缆中部通过固定夹固定在XY轴加载杆上端的环槽，再穿过滑轮组Ⅲ的另一侧滑轮，钢缆末端垂直下吊标准砝码；
[0020]另外一根钢缆一端为加载同为二分之一加载力，穿过滑轮组Ⅳ的一侧滑轮，钢缆中部通过固定夹固定在XY轴加载杆下端的环槽，再穿过滑轮组Ⅳ的另一侧滑轮，钢缆末端垂直下吊标准砝码；即可将砝码加载力传递到传感器中感知。
[0021]标定Z轴力：滑轮组Ⅰ与Z轴加载杆、竖向连接孔配合，可进行Z轴的力测量：如附图3所示，两根钢缆同向，钢缆分别穿过两个竖向连接孔，并用夹子固定，两根钢缆分别从两侧滑轮组Ⅰ向外穿过，改变方向后最终垂直下吊标准砝码，每根钢缆悬吊二分之一重力的砝码，即可将砝码加载力传递到传感器中感知。
[0022]测量X/Y力矩：滑轮组Ⅲ、滑轮组Ⅳ与XY轴加载杆配合，可进行X/Y方向力矩的测量：如图4所示，钢缆为X或Y向，其中一根钢缆穿过滑轮组Ⅲ（或滑轮组Ⅳ）的一侧滑轮，钢缆
中部通过固定夹固定在XY轴加载杆上端（或下端）的环槽，再穿过滑轮组Ⅲ（或滑轮组Ⅳ）的另一侧滑轮，钢缆末端垂直下吊标准砝码；
[0023]另外一根钢缆穿过滑轮组Ⅳ的一侧滑轮，钢缆中部通过固定夹固定在XY轴加载杆下端的环槽，再穿过滑轮组Ⅳ的另一侧滑轮，钢缆末端垂直下吊标准砝码；钢缆的受力方向与第一根钢缆的受力方向相反；
[0024]通过计算砝码的重量和XY轴加载杆的力臂长度，即可判断出X或Y向加载力矩的大小。
[0025]标定Z轴力矩：滑轮组Ⅱ与Z轴加载杆、水平连接孔配合，可进行Z轴的力矩测量：如附图5所示，两根钢缆反向，一端为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种六维力/力矩传感器标定平台，平台中部为水平的台板（13），其特征在于：台板（13）中心处固定安装传感器（5），传感器（5）中心通孔处插入安装XY轴加载杆（51），传感器（5）上端面处设置Z轴加载杆（7），Z轴加载杆（7）通过中心通孔与XY轴加载杆（51）装配固定连接；传感器（5）的上方、四个侧面或下方设置若干滑轮组，XY轴加载杆（51）和Z轴加载杆（7）连接钢缆的一端，钢缆另一端通过上述滑轮组后，另一端连接砝码。2.根据权利要求1所述的六维力/力矩传感器标定平台，其特征在于：所述平台包括四个立柱（11），立柱（11）顶部固定纵横合围的顶梁（14），相邻立柱（11）的中部通过中梁（12）连接，中梁（12）上固定台板（13）。3.根据权利要求1所述的六维力/力矩传感器标定平台，其特征在于：所述传感器（5）的正上方的中轴线上固定安装滑轮组Ⅰ（2），滑轮组Ⅰ（2）固定安装在顶梁（14）上方；Z轴加载杆（7）两端分别设置竖向连接孔（71），竖向连接孔（71）的位置与通过滑轮组Ⅰ（2）的钢缆的位置竖向相匹配。4.根据权利要求3所述的六维力/力矩传感器标定平台，其特征在于：所述滑...

【专利技术属性】
技术研发人员：李学孔，张海振，关健，杨德龙，沈臻祺，董洋洋，张子建，
申请(专利权)人：华能广西清洁能源有限公司，
类型：新型
国别省市：