本发明专利技术涉及一种三维接触力测量装置及测量方法，装置包括三维接触力测量平台、底座和应变测量装置，三维接触力测量平台包括测量方板、X板、Y板、Z板和连接板；测量方板与X板相连，Y板与X板相连，Z板与Y板相连，连接板与Z板相连，三维接触力测量平台通过连接板与底座相连；X板的两面分别设有X方向应变片，底座上设有X方向应变片端子，Y板的两面分别设有Y方向应变片，底座上设有Y方向应变片端子，Z板的两面分别设有Z方向应变片，底座上设有Z方向应变片端子；应变测量装置通过应变片导线连接应变片端子。与现有技术相比，本发明专利技术设计了X板、Y板和Z板以安装X方向、Y方向和Z方向应变片，从而可以实现三维接触力的测量。可以实现三维接触力的测量。可以实现三维接触力的测量。
【技术实现步骤摘要】
一种三维接触力测量装置及测量方法
[0001]本专利技术涉及三维接触力测量
，尤其是涉及一种三维接触力测量装置及方法。
技术介绍
[0002]目前现有的接触力测量装置大多数是采用压电效应的方式来实现接触力的测量，但是这种测量方式往往只能测量某一个方向的接触力，并不能同时测量多个方向；局限于材料特性，测量装置的精度时常不足，使得测量结果不够准确；在保证精度的情况下，接触力测量装置很难实现大量程范围的测量。
[0003]因此，有必要设计一种能够同时测量三个方向的力并且具有较高的精度以及较大的量程的接触力测量装置。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种三维接触力测量装置。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006]一种三维接触力测量装置，包括三维接触力测量平台、底座和应变测量装置，所述三维接触力测量平台包括测量方板、X板、Y板、Z板和连接板；
[0007]所述测量方板与X板的第一端相连，所述Y板的第一端与X板的第二端相连，所述Z板的第一端与Y板的第二端相连，所述连接板与Z板的第二端相连，三维接触力测量平台通过所述连接板与底座相连，X方向垂直于X板板面，Y方向垂直于Y板板面，Z方向垂直于Z板板面，X方向、Y方向和Z方向两两垂直；
[0008]所述X板的两面分别设有X方向应变片并形成半桥回路，所述底座上设有与X方向应变片适配的X方向应变片端子，所述Y板的两面分别设有Y方向应变片并形成半桥回路，所述底座上设有与Y方向应变片适配的Y方向应变片端子，所述Z板的两面分别设有Z方向应变片并形成半桥回路，所述底座上设有与Z方向应变片适配的Z方向应变片端子；
[0009]所述应变测量装置通过应变片导线分别连接X方向应变片端子、Y方向应变片端子和Z方向应变片端子。
[0010]进一步地，所述Y板的第一端与X板的第二端之间通过圆形倒角相连。
[0011]进一步地，所述三维接触力测量平台还包括过渡段，所述Z板的第一端与Y板的第二端之间通过过渡段相连。
[0012]进一步地，所述三维接触力测量平台还包括上顶板，所述上顶板设置在Z板的上方，上顶板的一端通过抗扭柱与Z板的第一端相连，上顶板的另一端与连接板相连。
[0013]进一步地，所述连接板上设有通孔，所述底座上设有螺栓孔，所述连接板与底座之间通过螺栓相连。
[0014]进一步地，所述测量方板上设有多个连接孔。
[0015]进一步地，所述底座上还设有多个导线孔，与所述X方向应变片端子、Y方向应变片端子和Z方向应变片端子相连的应变片导线分别通过导线孔与应变测量装置相连。
[0016]进一步地，所述三维接触力测量平台和底座由光固化3D打印制作。
[0017]一种三维接触力测量方法，使用上述的三维接触力测量装置进行接触力测量，包括以下步骤：
[0018]标定所述三维接触力测量装置，确定不同的沿X方向的力作用在测量方板上获得的应变，确定不同的沿Y方向的力作用在测量方板上获得的应变，确定不同的沿Z方向的力作用在测量方板上获得的应变；
[0019]根据在测量方板施加X、Y、Z三个方向的力对应的X板、Y板、Z板应变的变化情况，得到力与应变的变换矩阵；
[0020]施加三维力至所述三维接触力测量装置的测量方板，获取X板、Y板、Z板的应变，根据所述变换矩阵求得施加在测量方板上的接触力。
[0021]进一步地，标定所述三维接触力测量装置具体为：
[0022]旋转三维接触力测量装置使得重力垂直于X板，待应变清零后，在测量方板上施加不同大小的沿X方向的力作用并记录对应的应变；
[0023]旋转三维接触力测量装置使得重力垂直于Y板，待应变清零后，在测量方板上施加不同大小的沿Y方向的力作用并记录对应的应变；
[0024]旋转三维接触力测量装置使得重力垂直于Z板，待应变清零后，在测量方板上施加不同大小的沿Z方向的力作用并记录对应的应变。
[0025]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0026](1)本专利技术设计了X板、Y板和Z板以安装X方向应变片、Y方向应变片和Z方向应变片，通过标定获得施加的力与板的变形之间的关系，再通过求逆与测量板的变形，从而可以实现三维接触力的测量。
[0027](2)通过高灵敏度的半导体应变片以及较薄的板厚，本专利技术提供的测量装置具有mN级的测量精度。
[0028](3)通过应变片测量结构变形的方式，本专利技术提供的测量装置具有较好的量程范围。
附图说明
[0029]图1为三维接触力测量装置的结构示意图；
[0030]图2为三维接触力测量平台的结构示意图；
[0031]图3为应变片半桥回路示意图；
[0032]图4为底座的结构示意图；
[0033]图5为三维接触力测量装置标定示意图，图中(a)为X方向标定，(b)为Y方向标定，(c)为Z方向标定；
[0034]附图标记：1、三维接触力测量平台，2、底座，101、测量方板，102、X板，103、Y板，104、Z板，105、抗扭柱，106、上顶板，107、X方向应变片，108、X方向应变片，109、Y方向应变片，110、Y方向应变片，111、Z方向应变片，112、Z方向应变片，113、连接板，114、过渡段，201、X方向应变片端子，202、X方向应变片端子，203、Y方向应变片端子，204、Y方向应变片端子，
205、Z方向应变片端子，206、Z方向应变片端子，207、导线孔，208、导线孔，209、导线孔，210、导线孔，211、导线孔，212、导线孔。
具体实施方式
[0035]下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。
[0036]在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本专利技术并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，展示各个部件之间的配合关系，附图中有些地方适当放缩了部件，并增减了部件之间的距离。
[0037]在本申请实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
[0038]此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0039]在本申请实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种三维接触力测量装置，其特征在于，包括三维接触力测量平台、底座和应变测量装置，所述三维接触力测量平台包括测量方板、X板、Y板、Z板和连接板；所述测量方板与X板的第一端相连，所述Y板的第一端与X板的第二端相连，所述Z板的第一端与Y板的第二端相连，所述连接板与Z板的第二端相连，三维接触力测量平台通过所述连接板与底座相连，X方向垂直于X板板面，Y方向垂直于Y板板面，Z方向垂直于Z板板面，X方向、Y方向和Z方向两两垂直；所述X板的两面分别设有X方向应变片并形成半桥回路，所述底座上设有与X方向应变片适配的X方向应变片端子，所述Y板的两面分别设有Y方向应变片并形成半桥回路，所述底座上设有与Y方向应变片适配的Y方向应变片端子，所述Z板的两面分别设有Z方向应变片并形成半桥回路，所述底座上设有与Z方向应变片适配的Z方向应变片端子；所述应变测量装置通过应变片导线分别连接X方向应变片端子、Y方向应变片端子和Z方向应变片端子。2.根据权利要求1所述的一种三维接触力测量装置，其特征在于，所述Y板的第一端与X板的第二端之间通过圆形倒角相连。3.根据权利要求1所述的一种三维接触力测量装置，其特征在于，所述三维接触力测量平台还包括过渡段，所述Z板的第一端与Y板的第二端之间通过过渡段相连。4.根据权利要求3所述的一种三维接触力测量装置，其特征在于，所述三维接触力测量平台还包括上顶板，所述上顶板设置在Z板的上方，上顶板的一端通过抗扭柱与Z板的第一端相连，上顶板的另一端与连接板相连。5.根据权利要求1所述的一种三维接触力测量装置，其特征在于，所述连接板上设有通孔，所述底座上设有螺栓孔，所述连接板与底座之间通过螺栓相连。6...
【专利技术属性】
技术研发人员：师瑞，方虹斌，徐鉴，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：
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