本发明专利技术公开了一种用于失重环境下攀爬训练的抓杆测力装置，属于力的测量领域，是一种测量杆受力情况的装置，尤其是一种应用于失重环境下人员攀爬训练的抓杆测力装置。本发明专利技术包括：支架，在支架上分别设有第一三维力传感器和第二三维力传感器，在第一三维力传感器的传力轴和第二三维力传感器的传力轴上连接有抓杆。第一三维力传感器的传力轴的轴线与所述第二三维力传感器的传力轴的轴线平行且方向相同。本发明专利技术实现了对施加在抓杆上的外力的测量，具有结构简单，测量精度高的优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于力的测量领域，是一种测量杆受力情况的装置，尤其是一种应用于失 重环境下人员攀爬训练的抓杆测力装置。二、
技术介绍
人在失重环境下，通常需要利用上肢攀爬来实现移动。这种活动方式与普通环境 下陆地上的活动方式之间存在着很大的差异，为了方便研究失重环境下人员活动时的生物 力学特征，本专利技术设计了用于失重环境下人员攀爬训练的抓杆测力装置。
技术实现思路
本专利技术提供一种应用于失重环境下人员攀爬训练的抓杆测力装置，该装置结构简 单，实现了对施加在抓杆上力的大小和方向的高精度测量。本专利技术采用如下技术方案一种用于失重环境下攀爬训练的抓杆测力装置，包括支架，在支架上分别设有第 一三维力传感器和第二三维力传感器，在第一三维力传感器的传力轴和第二三维力传感器 的传力轴上连接有抓杆。本专利技术是由2个三维力传感器来测量施加在抓杆上的外力，其原理为分别测得 X，Y，Z三个方向的分力，设两个三维传感器分别测得三个方向的分力Fxl，Fyl，Fzl，Fx2，Fy2和 Fz2，则每个方向的合力分别为Fx =Fxi+Fx2Py =Pyl+ Py2Pz =Pzi+Pz2则抓杆所受合力为F =总+巧+ 。在数值上，合力值厂=^K2 + F2y + F/ ；方向上， 合力在X-Y平面上的投影与Y轴的夹角为α = arctan(Fx/Fy)，而合力与Z轴的夹角为 ^ = Brctan^2+F；/F2) e本专利技术通过提出一种三维力传感器的安装方式，减小了传感器受力的力臂长度， 从而减小了传感器的耦合误差，提高了力的测量精度。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点(1)结构简单，只需要2个传感器就完成了力的大小和方向的测量。(2)不需耗费 额外的硬件和软件开销，就大大减小了耦合误差，提高了测量精度。四附图说明图1是本专利技术实施例的结构示意图。图2是本专利技术实施例的载荷方向示意图。图3是本专利技术实施例的对照实施例结构示意图。图4是对照实施例的载荷方向与位置示意图。 五具体实施例方式参照图1，一种用于失重环境下攀爬训练的抓杆测力装置，包括支架3，在支架3 上分别设有第一三维力传感器11和第二三维力传感器12，在第一三维力传感器11的传力 轴111和第二三维力传感器12的传力轴121上连接有抓杆2 ；所述第一三维力传感器11的 传力轴111的轴线与所述第二三维力传感器12的传力轴121的轴线平行且方向相同。当人员进行攀爬训练时，抓杆受到力的作用，分别测得2个三维力传感器X，Y，Z三 个方向的分力，设两个三维传感器分别测得三个方向的分力Fxl，Fyl，Fzl，Fx2，Fy2和Fz2，则每 个方向的合力分别为FX=FXX+FX2Fy =Fyl+FylFz =Fzl+Fz2则抓杆所受合力为p = px+py + Fz。在数值上，合力值F = ylF2+Fy2+F22 ；方向上，合力在X-Y平面上的投影与Y轴的夹角为α = arctan(Fx/Fy)，而合力与Z轴的夹角为 β = ax—」Fx2+Fy2 / F2)，从而得到力的大小和方向。本实施例的量程为100N，第一三维力传感器和第二三维力传感器的量程均为 100N，其信号采集电路选用了 10位数模转换器，则三维力传感器满量程时传感器输出为 1024。抓杆长度为800mm，对本抓杆测力装置进行标定试验，载荷方向参照图2，载荷作用点 位于抓杆的中点。首先对抓杆施加X负方向的载荷，标定从空载开始，每次增加20N载荷， 载荷增加到100N时开始卸载，每次减少20N直到0N，标定结果如表1。标定结果中，差值=输出最大值_输出最小值；耦合误差=差值/量程X 100 %。表1载荷为X负方向时的标定结果<table>table see original document page 5</column></row><table>表2到表6分别是载荷为X正方向，Y负方向，Y正方向，Z负方向和Z正方向时的 标定结果。表2载荷为X正方向时的标定结果<table>table see original document page 5</column></row><table><table>table see original document page 6</column></row><table>表3载荷为Y负方向时的标定结果<table>table see original document page 6</column></row><table>表4载荷为Y正方向时的标定结果<table>table see original document page 7</column></row><table>表5载荷为Z负方向时的标定结果<table>table see original document page 7</column></row><table>表6载荷为Z正方向时的标定结果<table>table see original document page 8</column></row><table>由以上结果可知，两个三维力传感器的维间耦合较小，约为3% ；对测试结果进行 线性拟合，发现由于传感器的安装角度问题，各方向之间的耦合与载荷的大小均成线性关 系，因此可以建立载荷与耦合误差的线性关系，对三维力传感器的输出进行解耦，解耦后的 测量结果精度达到了 1%。为方便与本专利技术实施例相比较，将两个三维力传感器、抓杆和支架用另外一种方 式安装组成的抓杆测力装置作为对照实施例，参照图3，第一三维力传感器11的传力轴111 与第二三维力传感器12的传力轴相对安装在支架3上，且上述2个传力轴的轴线与抓杆2 的轴线在同一条直线上，抓杆2两端均与传感器11和传感器12固定。对照实施例的量程为100N，第一三维力传感器和第二三维力传感器的量程均为 100N，其信号采集电路选用了 10位数模转换器，则三维力传感器满量程时传感器输出为 1024。抓杆长度为800mm，对对照实施例进行以下标定试验，载荷方向与位置参照图4，载荷 作用点位于抓杆的中点C。标定从空载开始，每次增加20N载荷，载荷增加到100N时开始卸 载，每次减少20N直到ON。标定结果中，差值=输出最大值_输出最小值；耦合误差=差值/量程X 100 %。表7到表9分别是对照实施例载荷为X负方向，Y负方向和Z负方向时的标定结果。表7载荷为X负方向且作用于C处时传感器的输出<table>table see original document page 9</column></row><table> 表8载荷为Y负方向且作用于C处时传感器的输出<table>table see original document page 9</column></row><tabl本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于失重环境下攀爬训练的抓杆测力装置，其特征在于，包括：支架（３），在支架（３）上分别设有第一三维力传感器（１１）和第二三维力传感器（１２），在第一三维力传感器（１１）的传力轴（１１１）和第二三维力传感器（１２）的传力轴（１２１）上连接有抓杆（２）。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：宋爱国，康妮，吴涓，马俊青，刘玉庆，徐玉彬，许俊超，徐宝国，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。