一种六维力/力矩传感器标定装置及标定方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种六维力/力矩传感器标定装置及标定方法，装置包括标定工作台、回转工作台、力值加载装置、力矩加载装置、标定转接装置等，安装在标定工作台上的回转工作台实现对六维力/力矩传感器精确的角度旋转，固定在立柱上的侧滑轮支架能够随着传感器高度的不同而上下移动，使钢丝绳保持水平状态。本发明专利技术具有操作简单，通用性较好等特点，能够实现不同量程范围的六维力/力矩传感器标定的要求，并能够通过改变标定力臂的方法实现中量程的传感器的力矩标定。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种六维力/力矩传感器的标定装置及标定方法，特别适用于中小量程的六维力/力矩传感器的标定。
技术介绍
六维力/力矩传感器用于检测三维空间中的力(Fx，Fy, ?2)、力矩(1^，My, Mz)，广泛用于航空航天、制造与装配、体育竞技以及遥操作机器人等领域。六维力/力矩传感器由于在制造过程中的机械加工误差，电阻应变片的阻值与贴片位置误差等影响，造成六维力/力矩传感器的输入力值与输出电压之间的关系不确定。为了能够确定这种关系，需要对六维力/力矩传感器进行标定，进而能够通过解耦算法完成解耦过程。由于传感器的精度是由标定装置决定的，因此标定装置在六维力/力矩传感器的设计过程中占有重要的地位。目前，六维力/力矩传感器标定装置的加载力方式主要有千斤顶式、手摇减速机式、砝码式等。中国专利号为:ZL200810020511.4公开了一种千斤顶加载标定的方法，该方法具有加载量程大，加载工作量小等特点，但是千斤顶具有加载力值不稳定，精确度不高等特性，使得该装置的标定精度不高。中国专利申请公布号为:CN101776506A公开了一种大型多维力传感器标定加载台，该专利采用液压加载，并采用单维拉压力传感器测量加载力值，该装置具有加载力量程大的优点，且加载力值连续可调，但是液压加载系统同样会存在加载力值不稳定的缺点。中国专利号为:ZL200510050834.4公开了一种无级升降式六维力传感器标定装置，该结构使用龙门式框架，通过滑轮无级升降机构可以连续得到绳索与水平面之间的夹角，并采用大速比减速机对六维力传感器施加载荷，该装置能够对大尺寸大量程的六维力传感器进行标定，但是该装置无法对六维力传感器进行单维力/力矩施加载荷，同时该装置采用手摇减速机加载，使得加载力值难以控制，无法对六维力/力矩传感器进行精确标定。中国 专利申请公布号为:CN101936797A公开了一种采用砝码加载的方式对六维力传感器进行标定，该装置依然无法实现对六维力/力矩传感器进行单维力/力矩施加载荷。上述两种标定装置只能对六维力传感器进行复合力/力矩标定加载试验，因此只能采用基于矩阵广义逆的理论求解六维力传感器的解耦矩阵，该方法计算量大，且容易产生病态矩阵，影响解耦的精度。随着技术的发展，六维力/力矩传感器越来越多的应用在高精度力控制领域，而高精度的六维力/力矩传感器的设计、生产离不开高精度的标定装置。标定装置的施力源需要具有精度高、稳定可靠的特性，而且标定方法既能进行单维力/力矩标定实验，还能进行复合力/力矩的加载，用以验证六维力/力矩传感器的实际解耦精度。
技术实现思路
专利技术目的:为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种六维力/力矩传感器的标定装置及标定方法，通过砝码加载，具有加载力值稳定、精度高、重复性好等优点，同时能够对各个方向单维力/力矩进行单独标定，又能对各个方向的力矩进行复合加载。技术方案:为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为:—种六维力/力矩传感器标定装置，包括标定工作台、回转工作台、加载装置、标定转接装置和横梁；定义标定工作台的水平上表面为面S，定义面S的中心点为点0，以点O为交点，在面S上定义两条垂直相交的直线I1和I2 ；所述回转工作台上设置有水平安装面，所述水平安装面上设置有与六维力/力矩传感器的底部安装孔相适配的连接孔；所述回转工作台固定在标定工作台的上表面上，所述回转工作台的底部中心点与点O重合；所述加载装置包括侧滑轮以及形成滑轨滑块机构的立柱和侧滑轮支架，所述侧滑轮通过侧滑轮轴安装在侧滑轮支架上；所述立柱竖直安装，所述侧滑轮支架可在竖直方向沿着立柱往复移动，所述立柱和侧滑轮支架的相对位置通过侧滑轮支架固定块固定；[0011 ] 所述加载装置的数目为六个，分别记为A力值加载装置、B力值加载装置、Al力矩加载装置、A2力矩加载装置、BI力矩加载装置和B2力矩加载装置；所述六个加载装置均竖直固定在标定工作台的上表面上，其中A力值加载装置和B力值加载装置的侧滑轮在面S上的投影均位于直线I1上、且相对直线I2对称；所述Al力矩加载装置、A2力矩加载装置、BI力矩加载装置和B2力矩加载装置的侧滑轮在面S上的投影位于矩形的四个角上，所述矩形的中心与点O重合，且两组对边分别与直线I1和I2平行，所述Al力矩加载装置和A2力矩加载装置位于矩形的一条对角线的两端，所述BI力矩加载装置和B2力矩加载装置位于矩形的另一条对角线的两端；所述标定转接装置的数目为两个，分别记为中等量程力矩转接装置和小量程力矩转接装置；所述中等量程力矩转接装置的水平底座上设置有与六维力/力矩传感器的受力端安装孔相适配的中等量程连接孔；在水平底座的上表面中心设置有凸起柱，在凸起柱上设置有中等量程力值标定槽，所述中等量程力值标定槽为环形槽、位置水平；在水平底座的两端各设置有一个中等量程力矩标定槽，分别记为A中等量程力矩标定槽和B中等量程力矩标定槽，所述两个中等量程力矩标定槽为环形槽、位置对称且均竖直；所述小量程力矩转接装置的水平底座上设置有与六维力/力矩传感器的受力端安装孔相适配的小量程连接孔；在水平底座的上表面中心设置有凸起柱，在凸起柱上设置有小量程力矩/力值标定槽和小量程力矩标定槽，所述小量程力矩标定槽位于小量程力矩/力值标定槽的上方，所述小量程力矩/力值标定槽和小量程力矩标定槽均为环形槽、位置水平；所述横梁通过A横梁支撑立柱和B横梁支撑立柱固定在定工作台上方，在横梁上固定有四个上滑轮，分别记为A上滑轮、B上滑轮、C上滑轮和D上滑轮，所述四个上滑轮位于同一水平直线上，且该水平直线在面S上的投影与直线I2重合；所述A上滑轮和D上滑轮位于横梁的两个端部、90°转接水平或竖直方向的钢丝绳，C上滑轮位于横梁的中部、90°转接标定转接装置上表面中心竖直伸出的钢丝绳，B上滑轮位于A上滑轮和C上滑轮之间、90°转接中等量程力矩标定槽竖直伸出的钢丝绳。一种六维力/力矩传感器标定方法，包括如下步骤:准备工作:调整标定工作台上表面的水平，将待标定的六维力/力矩传感器的底部固定在回转工作台上上，使得六维力/力矩传感器和回转工作台的中心重合，将中等量程力矩转接装置或小量程力矩转接装置固定在六维力/力矩传感器的受力端；连接好采集电路，设置好采集程序；A)力值标定al)将A钢丝绳的一端固定在中等量程力值标定槽或小量程力矩/力值标定槽内，另一端穿过A力值加载装置或B力值加载装置上的侧滑轮并竖直向下延伸，调节侧滑轮支架直至中等量程力值标定槽或小量程力矩/力值标定槽与侧滑轮之间的A钢丝绳位置水平，使用侧滑轮支架固定块锁紧此时立柱和侧滑轮支架的相对位置；在A钢丝绳竖直方向的末端加载A砝码，记录加载力值与六维力/力矩传感器的输出电压，完成Fx+方向的力值标定；a2)逆时针转动回转工作台90°，使六维力/力矩传感器和标定转接装置均逆时针转动90°，采用Fx+方向的力值标定的方法，完成Fy+方向的力值标定；a3)继续逆时针转动回转工作台90°，使六维力/力矩传感器和标定转接装置均逆时针再转动90°，采用Fx+方向的力值标定的方法，完成Fx-方向的力值标定；a4)继续逆时针转动回转工作台90°，使六维力/力矩传感器和标定转接装置均逆时针再转动90°，采用Fx+方向的力值标定的方法，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种六维力/力矩传感器标定装置，其特征在于：包括标定工作台（1）、回转工作台（13）、加载装置、标定转接装置和横梁（8）；定义标定工作台（1）的水平上表面为面S，定义面S的中心点为点O，以点O为交点，在面S上定义两条垂直相交的直线l1和l2；所述回转工作台（13）上设置有水平安装面，所述水平安装面上设置有与六维力/力矩传感器（15）的底部安装孔（1503）相适配的连接孔；所述回转工作台（13）固定在标定工作台（1）的上表面上，所述回转工作台（13）的底部中心点与点O重合；所述加载装置包括侧滑轮（203）以及形成滑轨滑块机构的立柱（201）和侧滑轮支架（202），所述侧滑轮（203）通过侧滑轮轴（204）安装在侧滑轮支架（202）上；所述立柱（201）竖直安装，所述侧滑轮支架（202）可在竖直方向沿着立柱（201）往复移动，所述立柱（201）和侧滑轮支架（202）的相对位置通过侧滑轮支架固定块（205）固定；所述加载装置的数目为六个，分别记为A力值加载装置（2）、B力值加载装置（3）、A1力矩加载装置（5）、A2力矩加载装置（7）、B1力矩加载装置（4）和B2力矩加载装置（6）；所述六个加载装置均竖直固定在标定工作台（1）的上表面上，其中A力值加载装置（2）和B力值加载装置（3）的侧滑轮（203）在面S上的投影均位于直线l1上、且相对直线l2对称；所述A1力矩加载装置（5）、A2力矩加载装置（7）、B1力矩加载装置（4）和B2力矩加载装置（6）的侧滑轮（203）在面S上的投影位于矩形的四个角上，所述矩形的中心与点O重合，且两组对边分别与直线l1和l2平行，所述A1力矩加载装置（5）和A2力矩加载装置（7）位于矩形的一条对角线的两端，所述B1力矩加载装置（4）和B2力矩加载装置（6）位于矩形的另一条对角线的两端；所述标定转接装置的数目为两个，分别记为中等量程力矩转接装置（14）和小量程力矩转接装置（18）；所述中等量程力矩转接装置（14）的水平底座上设置有与六维力/力矩传感器（15）的受力端安装孔（1501）相适配的中等量程连接孔（1403）；在水平底座的上表面中心设置有凸起柱，在凸起柱上设置有中等量程力值标定槽（1404），所述中等量程力值标定槽（1404）为环形槽、位置水平；在水平底座的两端各设置有一个中等量程力矩标定槽，分别记为A中等量程力矩标定槽（1401）和B中等量程力矩标定槽（1402），所述两个中等量程力矩标定槽为环形槽、位置对称且均竖直；所述小量程力矩转接装置（18）的水平底座上设置有与六维力/力矩传感器（15）的受力端安装孔（1501）相适配的小量程连接孔（1803）；在水平底座的上表面中心设置有凸起柱，在凸起柱上设置有小量程力矩/力值标定槽（1802）和小量程力矩标定槽（1801），所述小量程力矩标定槽（1801）位于小量程力矩/力值标定槽（1802）的上方，所述小量程力矩/力值标定槽（1802）和小量程力矩标定槽（1801）均为环形槽、位置水平；所述横梁（8）通过A横梁支撑立柱（16）和B横梁支撑立柱（17）固定在定工作台（1）上方，在横梁（8）上固定有四个上滑轮，分别记为A上滑轮（9）、B上滑轮（10）、C上滑轮（11）和D上滑轮（12），所述四个上滑轮位于同一水平直线上，且该水平直线在面S上的投影与直线l2重合；所述A上滑轮（9）和D上滑轮（12）位于横梁（8）的两个端部、90°转接水平或竖直方向的钢丝绳，C上滑轮（11）位于横梁（8）的中部、90°转接由标定转接装置上表面中心竖直伸出的钢丝绳，B上滑轮（10）位于A上滑轮（9）和C上滑轮（11）之间、90°转接中等量程力矩标定槽竖直伸出的钢丝绳。...

【技术特征摘要】
1.一种六维力/力矩传感器标定装置，其特征在于:包括标定工作台(I)、回转工作台(13)、加载装置、标定转接装置和横梁(8)； 定义标定工作台(I)的水平上表面为面S，定义面S的中心点为点O，以点O为交点，在面S上定义两条垂直相交的直线I1和I2 ； 所述回转工作台(13)上设置有水平安装面，所述水平安装面上设置有与六维力/力矩传感器(15)的底部安装孔(1503)相适配的连接孔；所述回转工作台(13)固定在标定工作台(I)的上表面上，所述回转工作台(13)的底部中心点与点O重合； 所述加载装置包括侧滑轮(203)以及形成滑轨滑块机构的立柱(201)和侧滑轮支架(202),所述侧滑轮(203)通过侧滑轮轴(204)安装在侧滑轮支架(202)上；所述立柱(201)竖直安装，所述侧滑轮支架(202 )可在竖直方向沿着立柱(201)往复移动，所述立柱(201)和侧滑轮支架(202)的相对位置通过侧滑轮支架固定块(205)固定； 所述加载装置的数目为六个，分别记为A力值加载装置(2)、B力值加载装置(3)、A1力矩加载装置(5)、A2力矩加载装置(7)、BI力矩加载装置(4)和B2力矩加载装置(6);所述六个加载装置均竖直固定在标定工作台(I)的上表面上，其中A力值加载装置(2)和B力值加载装置(3)的侧滑轮(203)在面S上的投影均位于直线I1上、且相对直线I2对称；所述Al力矩加载装置( 5)、A2力矩加载装置(7)、BI力矩加载装置(4)和B2力矩加载装置(6)的侧滑轮(203)在面S上的投影位于矩形的四个角上，所述矩形的中心与点O重合，且两组对边分别与直线I1和I2平行，所述Al力矩加载装置(5)和A2力矩加载装置(7)位于矩形的一条对角线的两端，所述BI力矩加载装置(4)和B2力矩加载装置(6)位于矩形的另一条对角线的两端； 所述标定转接装置的数目为两个，分别记为中等量程力矩转接装置(14)和小量程力矩转接装置(18)； 所述中等量程力矩转接装置(14)的水平底座上设置有与六维力/力矩传感器(15)的受力端安装孔(1501)相适配的中等量程连接孔(1403);在水平底座的上表面中心设置有凸起柱，在凸起柱上设置有中等量程力值标定槽(1404)，所述中等量程力值标定槽(1404)为环形槽、位置水平；在水平底座的两端各设置有一个中等量程力矩标定槽，分别记为A中等量程力矩标定槽(1401)和B中等量程力矩标定槽(1402)，所述两个中等量程力矩标定槽为环形槽、位置对称且均竖直； 所述小量程力矩转接装置(18)的水平底座上设置有与六维力/力矩传感器(15)的受力端安装孔(1501)相适配的小量程连接孔(1803);在水平底座的上表面中心设置有凸起柱，在凸起柱上设置有小量程力矩/力值标定槽(1802)和小量程力矩标定槽(1801 )，所述小量程力矩标定槽(1801)位于小量程力矩/力值标定槽(1802)的上方，所述小量程力矩/力值标定槽(1802)和小量程力矩标定槽(1801)均为环形槽、位置水平； 所述横梁(8)通过A横梁支撑立柱(16)和B横梁支撑立柱(17)固定在定工作台(I)上方，在横梁(8)上固定有四个上滑轮，分别记为A上滑轮(9)、B上滑轮(10)、C上滑轮(11)和D上滑轮(12)，所述四个上滑轮位于同一水平直线上，且该水平直线在面S上的投影与直线I2重合；所述A上滑轮(9)和D上滑轮(12)位于横梁(8)的两个端部、90°转接水平或竖直方向的钢丝绳，C上滑轮(11)位于横梁(8)的中部、90°转接由标定转接装置上表面中心竖直伸出的钢丝绳，B上滑轮(10)位于A上滑轮(9)和C上滑轮(11)之间、90°转接中等量程力矩标定槽竖直伸出的钢丝绳。2.—种六维力/力矩传感器标定方法，其特征在于:包括如下步骤: 准备工作:调整标定工作台(I)上表面的水平，将待标定的六维力/力矩传感器(15)的底部固定在回转工作台上(13)上，使得六维力/力矩传感器(15)和回转工作台(13)的中心重合，将中等量程力矩转接装置(14)或小量程力矩转接装置(18)固定在六维力/力矩传感器(15)的受力端； A)力值标定 al)将A钢丝绳(2001)的一端固定在中等量程力值标定槽(1404)或小量程力矩/力值标定槽(1802)内，另一端穿过A力值加载装置(2)或B力值加载装置(3)上的侧滑轮(203)并竖直向下延伸，调节侧滑轮支架(202)直至中等量程力值标定槽(1404)或小量程力矩/力值标定槽(1802 )与侧滑轮(203 )之间的A钢丝绳(2001)位置水平，使用侧滑轮支架固定块(205)锁紧此时立柱(201)和侧滑轮支架(202)的相对位置；在A钢丝绳(2001)竖直方向的末端加载A破码(2002),记录加载力值与六维力/力矩传感器(15)的输出电压,完成Fx+方向的力值标定； a2)逆时针转动回转工作台(13) 90°，使六维力/力矩传感器(15)和标定转接装置均逆时针转动90°，采用Fx+方向的力值标定的方法，完成Fy+方向的力值标定； a3)继续逆时针转动回转工作台(13) 90°，使六维力/力矩传感器(15)和标定转接装置均逆时针再转动90°，采用Fx+方向的力值标定的方法，完成Fx-方向的力值标定；a4)继续逆时针转动回转工作台(13) 90°，使六维力/力矩传感器(15)和标定转接装置均逆时针再转动90°，采用Fx+方向的力值标定的方法，完成Fy-方向的力值标定；a5)将B钢丝绳(2201)的一端固定在标定转接装置上表面的中心位置，另一端竖直向上伸出、穿过横梁(8)、经C上滑轮(11) 90°水平转接、经D上滑轮(12) 90°竖直转接后，竖直向下延伸，在B钢丝绳(2201)竖直方向的末端加载B砝码(2202 )，记录加载力值与六维力/力矩传感器(15)的输出电压,完成Fz+方向的力值标定； a6)将C钢丝绳(2301)的一端固定在标定转接装置下表面的中心位置，另一端竖直向下伸出，依次竖直穿过六维力...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋爱国，潘栋成，陈丹凤，李会军，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：