專(zhuān)利名稱(chēng)：一種雙力源六維力傳感器標(biāo)定裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種六維力傳感器標(biāo)定加載臺(tái)領(lǐng)域，特別涉及一種雙力源六維力傳感器標(biāo)定裝置。
背景技術(shù)：
六維力傳感器是可以同時(shí)檢測(cè)空間三維力信息(Fx、Fy、Fz)和三維力矩信息(Mx、 My、Mz)的力信息獲取設(shè)備。廣泛應(yīng)用于機(jī)器人、建筑業(yè)及航空航天等領(lǐng)域。六維力傳感器設(shè)計(jì)加工完成后，為確定六維力傳感器的輸入輸出關(guān)系，進(jìn)而進(jìn)行解耦和求解各種輸入輸出特性，需要進(jìn)行標(biāo)定試驗(yàn)。標(biāo)定裝置在傳感器研制過(guò)程中占據(jù)著重要的作用，標(biāo)定裝置的精度直接制約著六維力傳感器測(cè)量精度，標(biāo)定裝置使用方法的繁易也直接影響著六維力傳感器的設(shè)計(jì)制作周期和成本。目前國(guó)內(nèi)外多維力傳感器研究單位研制出的傳感器標(biāo)定裝置主要是砝碼式、龍門(mén)式(、雙十字架式、四千斤頂式的標(biāo)定裝置。其中砝碼式標(biāo)定用砝碼提供標(biāo)準(zhǔn)加載力，可以通過(guò)滑輪或杠桿原理實(shí)現(xiàn)各方向單維力的單獨(dú)標(biāo)定，在中小量程多維力傳感器的標(biāo)定中使用較為普遍，并具有精度高，易操作等特點(diǎn)。但受標(biāo)定試驗(yàn)人員體力的影響，不能應(yīng)用于大量程多維力傳感器的多維標(biāo)定力加載。中國(guó)專(zhuān)利CN1727861A公開(kāi)了一種龍門(mén)式并聯(lián)傳感器標(biāo)定裝置，中國(guó)專(zhuān)利CN1715856A公開(kāi)了一種龍門(mén)式無(wú)極升降式六維力傳感器標(biāo)定裝置，均可實(shí)現(xiàn)大尺寸、大量程多維力傳感器多維標(biāo)定力加載，但須手搖加載減速機(jī)和調(diào)整升降滑輪，不能解決自動(dòng)加載及其動(dòng)態(tài)載荷加載問(wèn)題，且不能實(shí)現(xiàn)各個(gè)方向單維力的單獨(dú)加載。中國(guó)專(zhuān)利CN1012^K)95A公開(kāi)了一種四千斤頂式六維力傳感器標(biāo)定裝置，中國(guó)專(zhuān)利CN101776506A公開(kāi)了一種雙十字架式大型多維力傳感器標(biāo)定加載臺(tái)，由于加力裝置為液壓缸或千斤頂，體積大、量程高，并采用厚重的加載盤(pán)作為力傳遞元件，都僅適用于大型及大量程(噸位級(jí))六維力傳感器的靜、動(dòng)態(tài)標(biāo)定加載，不能標(biāo)定中小型及中小量程六維力傳感器，否則，加載板自重所引入的系統(tǒng)誤差嚴(yán)重影響標(biāo)定精度且其加工與安裝復(fù)雜。 每改變一次單維力/力矩的加載方向，就需要多次移動(dòng)笨重的加載液壓缸或千斤頂，試驗(yàn)操作非常復(fù)雜，標(biāo)定試驗(yàn)效率較低并給標(biāo)定試驗(yàn)人員帶來(lái)繁重的勞動(dòng)強(qiáng)度。且中國(guó)專(zhuān)利 CN1012^095A不能實(shí)現(xiàn)各個(gè)方向單維力的單獨(dú)加載。中國(guó)專(zhuān)利CN101464201B公開(kāi)了一種六維大力傳感器的標(biāo)定裝置，結(jié)構(gòu)緊湊，剛度和精度較高，但同樣不能解決自動(dòng)加載及其動(dòng)態(tài)載荷加載問(wèn)題，且不能實(shí)現(xiàn)各個(gè)方向單維力的單獨(dú)加載。隨著機(jī)器人技術(shù)，航天器對(duì)接，及風(fēng)洞試驗(yàn)等技術(shù)的發(fā)展，對(duì)六維力傳感器動(dòng)態(tài)特性研究就顯得越來(lái)越重要。為研究六維力傳感器的動(dòng)態(tài)特性，必須對(duì)其進(jìn)行動(dòng)態(tài)標(biāo)定試驗(yàn)， 即利用動(dòng)態(tài)標(biāo)定裝置向傳感器輸入已知?jiǎng)討B(tài)力。此外，由于六維力傳感器不可避免地存在出現(xiàn)維間耦合問(wèn)題，對(duì)傳感器進(jìn)行各個(gè)方向單維力的加載標(biāo)定更有利于實(shí)現(xiàn)六維力傳感器的解耦，進(jìn)而提高傳感器測(cè)量精度。由于須采集大量數(shù)據(jù)，標(biāo)定試驗(yàn)工作勞動(dòng)強(qiáng)度較大，可自動(dòng)加載的標(biāo)定裝置能大大節(jié)省試驗(yàn)操作人員體力，提高試驗(yàn)效率，縮減傳感器設(shè)計(jì)與制作周期。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種雙力源六維力傳感器的標(biāo)定裝置，包括第一升降機(jī)構(gòu)、第二升降機(jī)構(gòu)、加載裝置、加載夾持機(jī)構(gòu)及L形傳感器基座，第一升降機(jī)構(gòu)包括作為輸出端的第一升降塊，第一升降塊與加載裝置的一端連接，第二升降機(jī)構(gòu)包括作為輸出端的第二升降塊，第二升降塊與加載裝置的另一端連接，加載裝置包括第一縱向施力桿、第二縱向施力桿、第一橫向加載方筒及第二橫向加載方筒，所述第一縱向施力桿的上端作為加載裝置的一端與第一升降機(jī)構(gòu)的第一升降塊連接，在第一縱向施力桿的下端連接有第一方孔套，第一方孔套套設(shè)在第一橫向加載方筒上且第一方孔套與第一橫向加載方筒之間形成橫向滑動(dòng)連接，第一橫向加載方筒與加載夾持機(jī)構(gòu)的一端連接；第二縱向施力桿的上端作為加載裝置的另一端與第二升降機(jī)構(gòu)的第二升降塊連接，在第二縱向施力桿的下端連接有第二方孔套，第一方孔套套設(shè)在第二橫向加載方筒上且第一方孔套與第二橫向加載方筒之間形成橫向滑動(dòng)連接，第二橫向加載方筒與加載夾持機(jī)構(gòu)的另一端連接，L形傳感器基座設(shè)在標(biāo)定工作臺(tái)上，L形傳感器基座由相互垂直的第一臂和第二臂組成，在第一臂上設(shè)有用于放置六維力傳感器的第一凹槽，在第二臂上設(shè)有用于放置六維力傳感器的第二凹槽。同現(xiàn)有技術(shù)比較，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是1)通過(guò)PC機(jī)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，標(biāo)準(zhǔn)單維力傳感器測(cè)量加載力的大小，可以對(duì)六維力傳感器進(jìn)行連續(xù)的動(dòng)、靜態(tài)標(biāo)定，操作簡(jiǎn)單方便， 標(biāo)定加載力的大小無(wú)級(jí)可調(diào)且分辨率高；2)在第一縱向施力桿的下端連接有第一方孔套， 第一方孔套套設(shè)在第一橫向加載方筒上且第一方孔套與第一橫向加載方筒之間形成橫向滑動(dòng)連接，第一縱向施力桿可對(duì)第一橫向加載方筒施加向上或向下的垂直力，在第二縱向施力桿的下端連接有第二方孔套，第一方孔套套設(shè)在第二橫向加載方筒上且第一方孔套與第二橫向加載方筒之間形成橫向滑動(dòng)連接，第二縱向施力桿可對(duì)第二橫向加載方筒施加向上或向下的垂直力，當(dāng)六維力傳感器固定在L型傳感器基座第一凹槽時(shí)，使第一升降塊、第二升降塊分別帶動(dòng)第一縱向施力桿、第二縱向施力桿對(duì)第一橫向加載方筒、第二橫向加載方筒由零開(kāi)始逐步施加向上或向下的大小相等的方向相同的垂直力，兩個(gè)逐步加載的垂直同向力轉(zhuǎn)化為逐步加載的Z方向合力通過(guò)加載夾持機(jī)構(gòu)傳遞給六維力傳感器，完成Z方向力的標(biāo)定；使第一升降塊、第二升降塊分別帶動(dòng)第一縱向施力桿、第二縱向施力桿對(duì)第一橫向加載方筒、第二橫向加載方筒由零開(kāi)始逐步施加向上或向下的大小相等，方向相反的垂直力，兩個(gè)逐步加載的垂直力轉(zhuǎn)化為逐步加載的X方向力矩(或Y方向力矩)通過(guò)加載夾持機(jī)構(gòu)傳遞給六維力傳感器，完成X方向力矩(或Y方向力矩)的標(biāo)定；將六維力傳感器沿標(biāo)定軸旋轉(zhuǎn)90度，再次固定于L型傳感器基座的第一凹槽上，使第一升降塊、第二升降塊分別帶動(dòng)第一縱向施力桿、第二縱向施力桿對(duì)第一橫向加載方筒、第二橫向加載方筒由零開(kāi)始逐步施加向上或向下的大小相等，方向相反的垂直力，兩個(gè)逐步加載的垂直力轉(zhuǎn)化為逐步加載的Y方向力矩(或X方向力矩)通過(guò)加載夾持機(jī)構(gòu)傳遞給六維力傳感器，完成Y方向力矩(或X方向力矩)的標(biāo)定。當(dāng)六維力傳感器固定在L型傳感器基座第二凹槽時(shí)，使第一升降塊、第二升降塊分別帶動(dòng)第一縱向施力桿、第二縱向施力桿對(duì)第一橫向加載方筒、第二橫向加載方筒由零開(kāi)始逐步施加向上或向下的大小相等的方向相同的垂直力，兩個(gè)逐步加載的垂直同向力轉(zhuǎn)化為逐步加載的X方向(或Y方向)合力通過(guò)加載夾持機(jī)構(gòu)傳遞給六維力傳感器，完成X方向力(或Y方向力)的標(biāo)定；將六維力傳感器沿標(biāo)定軸旋轉(zhuǎn)90度，再固定于L 型傳感器基座的第二凹槽上，若第一升降塊、第二升降塊分別帶動(dòng)第一縱向施力桿、第二縱向施力桿對(duì)第一橫向加載方筒、第二橫向加載方筒由零開(kāi)始逐步施加向上或向下的大小相等的方向相同的垂直力，兩個(gè)逐步加載的垂直同向力轉(zhuǎn)化為逐步加載的Y方向(或X方向) 合力通過(guò)加載夾持機(jī)構(gòu)傳遞給六維力傳感器，完成Y方向力(或X方向力)的標(biāo)定；使第一升降塊、第二升降塊分別帶動(dòng)第一縱向施力桿、第二縱向施力桿對(duì)第一橫向加載方筒、第二橫向加載方筒由零開(kāi)始逐步施加向上或向下的大小相等的方向相反的垂直力，兩個(gè)逐步加載的垂直力轉(zhuǎn)化為逐步加載的Z方向力矩通過(guò)加載夾持機(jī)構(gòu)傳遞給六維力傳感器，完成Z方向力矩的標(biāo)定。傳統(tǒng)的六維力傳感器標(biāo)定裝置，傳感器安裝位置固定不變，需要四個(gè)加載點(diǎn)才可以完成六個(gè)方向力或力矩的單獨(dú)加載，并采用厚重的加載盤(pán)作為力傳遞元件，加載盤(pán)的自重較大，標(biāo)定試驗(yàn)中，加載盤(pán)的自重所引入的誤差對(duì)于大量程(數(shù)噸級(jí))六維力傳感器的標(biāo)定影響較小，但對(duì)于中小量程(數(shù)十牛級(jí))六維力傳感器的標(biāo)定，自重所引入的誤差影響很大，甚至?xí)a(chǎn)生錯(cuò)誤的標(biāo)定結(jié)果，試驗(yàn)過(guò)程需要多次移動(dòng)笨重的加力裝置，如加載液壓缸，標(biāo)定試驗(yàn)操作困難，試驗(yàn)效率較低，試驗(yàn)人員勞動(dòng)強(qiáng)度很大，而本實(shí)用新型裝置，整個(gè)標(biāo)定過(guò)程僅需一次改變六維力傳感器在L形傳感器基座上的安裝位置，即六維力傳感器分別安裝在L形傳感器基座的第一凹槽和第二凹槽上，使得僅用兩個(gè)加載點(diǎn)就可以完成六個(gè)方向力或力矩的單獨(dú)標(biāo)定，即采用中空的第一、第二橫向加載方筒作為力傳遞元件傳遞加載力，撓度小且重量輕，減少了因力傳遞元件的自重和力傳遞元件受力后的變形而引入的誤差，提高了標(biāo)定精度，使得本實(shí)用新型裝置既適用于大S程六維力傳感器的標(biāo)定，也適用于中小量程六維力傳感器的標(biāo)定，全部標(biāo)定過(guò)程中，僅需改變六維力傳感器在L型傳感器基座的安裝方向而不需要多次移動(dòng)體積大且重量大的力源(加載液壓缸等)，就可對(duì)六維力傳感器六個(gè)方向單維力/力矩進(jìn)行標(biāo)定，大大減少了試驗(yàn)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，標(biāo)定試驗(yàn)效率高； 3)六維力傳感器通過(guò)L型傳感器基座安裝在標(biāo)定試驗(yàn)臺(tái)上，伺服電機(jī)根據(jù)六維力傳感器的實(shí)際高度需要控制兩個(gè)升降塊上下移動(dòng)，升降塊的位移行程廣，使本實(shí)用新型裝置既可以用于大體積(直徑與高度0. 5nTlm)六維力傳感器標(biāo)定，也可以用于中小體積(直徑與高度 5cnT0. 5m)六維力傳感器標(biāo)定；4)現(xiàn)有的中小量程六維力傳感器標(biāo)定裝置僅能對(duì)六維力傳感器進(jìn)行混合力/力矩輸出標(biāo)定試驗(yàn)，而不能對(duì)各個(gè)方向單維力或力矩進(jìn)行單獨(dú)標(biāo)定，因此只能采用基于矩陣廣義逆的靜態(tài)解耦算法進(jìn)行解耦，算法涉及到眾多矩陣運(yùn)算，容易產(chǎn)生病態(tài)矩陣，影響解耦的精度和可靠性，本實(shí)用新型裝置可實(shí)現(xiàn)各個(gè)方向單維力或力矩的單獨(dú)標(biāo)定，根據(jù)各個(gè)方向單維力或力矩的單獨(dú)標(biāo)定的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可準(zhǔn)確計(jì)算出各向力或力矩輸入與輸出的維間耦合關(guān)系，采用基于耦合誤差建模的六維力傳感器標(biāo)定解耦方法進(jìn)行解耦，無(wú)需復(fù)雜的矩陣運(yùn)算，算法簡(jiǎn)單可靠且解耦精度較高；5)整個(gè)標(biāo)定裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于安裝、拆卸與維護(hù)。

圖1為本實(shí)用新型的立體結(jié)構(gòu)示意圖(標(biāo)定Z方向力與X、Y方向力矩)。圖2為本實(shí)用新型的立體結(jié)構(gòu)示意圖(標(biāo)定X、Y方向力與Z方向力矩)。圖3為本實(shí)用新型中L型傳感器基座簡(jiǎn)圖。[0012]圖4為本實(shí)用新型中六維力傳感器簡(jiǎn)圖。圖5為本實(shí)用新型中加載夾持機(jī)構(gòu)的第一夾塊簡(jiǎn)圖。圖6為本實(shí)用新型中加載夾持機(jī)構(gòu)的第二夾塊簡(jiǎn)圖。圖7為本實(shí)用新型中加載夾持機(jī)構(gòu)與六維力傳感器裝配示意圖。圖8為本實(shí)用新型中升降機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。圖9為本實(shí)用新型中標(biāo)定工作臺(tái)簡(jiǎn)圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明。參照?qǐng)D1、2，為本實(shí)用新型的立體結(jié)構(gòu)示意圖，標(biāo)定裝置包括標(biāo)定工作臺(tái)11、第一升降機(jī)構(gòu)、第二升降機(jī)構(gòu)、加載裝置、加載夾持機(jī)構(gòu)14及L形傳感器基座12。第一升降機(jī)構(gòu)包括作為輸出端的第一升降塊7，第一升降塊7與加載裝置的一端連接，第二升降機(jī)構(gòu)包括作為輸出端的第二升降塊8，第二升降塊8與加載裝置的另一端連接。加載裝置包括第一縱向施力桿9、第二縱向施力桿10、第一橫向加載方筒15及第二橫向加載方筒16，第一縱向施力桿9的上端作為加載裝置的一端與第一升降機(jī)構(gòu)的第一升降塊7連接，在第一縱向施力桿9的下端連接有第一方孔套91，第一方孔套91套設(shè)在第一橫向加載方筒15上且第一方孔套91與第一橫向加載方筒15之間形成橫向滑動(dòng)連接，第一縱向施力桿9可對(duì)第一橫向加載方筒15施加向上或向下的垂直力，第一橫向加載方筒15 與加載夾持機(jī)構(gòu)14的一端連接；第二縱向施力桿10的上端作為加載裝置的另一端與第二升降機(jī)構(gòu)的第二升降塊8連接，在第二縱向施力桿10的下端連接有第二方孔套101，第一方孔套101套設(shè)在第二橫向加載方筒16上且第一方孔套101與第二橫向加載方筒16之間形成橫向滑動(dòng)連接，第二縱向施力桿10可對(duì)第二橫向加載方筒16施加向上或向下的垂直力， 第二橫向加載方筒16與加載夾持機(jī)構(gòu)14的另一端連接。第一橫向加載方筒15及第二橫向加載方筒16上端安裝有標(biāo)準(zhǔn)單維力傳感器，可以測(cè)量第一縱向施力桿9、第二縱向施力桿10分別對(duì)第一橫向加載方筒15、第二橫向加載方筒16施加垂直力的大小和方向，標(biāo)準(zhǔn)單維力傳感器的精度為0. 05%F. S.或0. 02% F. S.，第一橫向加載方筒15及第二橫向加載方筒16下端安裝有非接觸式位移傳感器，用于測(cè)量縱向施力桿或升降塊垂直位移的大小。 加載裝置材料采用優(yōu)質(zhì)中碳鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼等，通過(guò)適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に囋黾悠淞W(xué)性能。L形傳感器基座12安裝在標(biāo)定工作臺(tái)11上，參照?qǐng)D3，L形傳感器基座12由相互垂直的第一臂121和第二臂122組成，第一臂121與第二臂122通過(guò)無(wú)縫焊接連接而成，機(jī)械加工保證其垂直度，為保證受力后垂直度不變，將筋安裝于第一臂121與第二臂122相交的內(nèi)側(cè)面，在第一臂121上設(shè)有用于放置六維力傳感器13的第一凹槽1211，在第二臂122 上設(shè)有用于放置六維力傳感器的第二凹槽1221，用于方便安裝六維力傳感器13，第一凹槽 1211上打有傳感器水平安裝螺孔1212，第二凹槽1221上打有傳感器垂直安裝螺孔1222，六維力傳感器可根據(jù)標(biāo)定力或力矩的方向分別被固定于第一凹槽1211或第二凹槽1221上， 第一臂121四角處裝有四個(gè)L型傳感器基座固定孔1213，用于與L型傳感器基座安裝孔 1107配合，將L型傳感器基座12固定于標(biāo)定工作臺(tái)11的水平鋼板1101上表面。參照?qǐng)D4，六維力傳感器13由標(biāo)定軸1301，頂蓋1302，傳感器基體1303組成。參照?qǐng)D5、6、7，加載夾持機(jī)構(gòu)14由相互疊合在一起的第一夾塊140與第二夾塊141組成，在第一夾塊140上設(shè)有用于夾持標(biāo)定軸1301的第一方形凹槽1401，在第一方形凹槽1401內(nèi)第一標(biāo)定軸連接螺孔1402，在第二夾塊141上設(shè)有用于夾持標(biāo)定軸1301的第二方形凹槽 1411，在第二方形凹槽1411內(nèi)第二標(biāo)定軸連接螺孔1402，擰緊第一標(biāo)定軸連接螺孔1402、 第二標(biāo)定軸連接螺孔1402處螺母，保證夾緊標(biāo)定軸1301上部；加載夾持機(jī)構(gòu)14的一端嵌入第一橫向加載方筒15并由2個(gè)或2個(gè)以上的貫穿第一橫向加載方筒15和加載夾持機(jī)構(gòu) 14 一端的螺栓連接，加載夾持機(jī)構(gòu)14的另一端嵌入第二橫向加載方筒16并由2個(gè)或2個(gè)以上的貫穿第二橫向加載方筒16和加載夾持機(jī)構(gòu)14另一端的螺栓連接，保證第一橫向加載方筒15、第二橫向加載方筒16與加載夾持機(jī)構(gòu)14不發(fā)生相對(duì)移動(dòng)。參照?qǐng)D8，第一升降機(jī)構(gòu)和第二升降機(jī)構(gòu)采用螺旋升降裝置，螺旋升降裝置由第一方形基座1、第一方形立柱3、第二方形立柱4、伺服電機(jī)17、減速器18、第一齒輪19、第二齒輪20、第三齒輪21、第四齒輪22、第五齒輪23、滾珠絲杠M、滾珠螺母25、第一導(dǎo)軌沈和第二導(dǎo)軌27組成，第一方形立柱3裝載于第一方形基座1上表面的一端，第二方形立柱4裝載于第一方形基座1上表面的另一端。伺服電機(jī)17的輸出軸與減速器18的輸入端剛性連接，降低轉(zhuǎn)速同時(shí)提高輸出扭矩，減速器18輸出軸與第一齒輪19中心剛性連接，第一齒輪 19的一側(cè)與第二齒輪20嚙合，另一測(cè)與第三齒輪21嚙合，第二齒輪20同時(shí)與第五齒輪23 嚙合，第三齒輪21同時(shí)與第四齒輪22嚙合，五個(gè)相互嚙合的齒輪中心位于同一條直線上， 使得伺服電機(jī)帶動(dòng)第四齒輪22，第五齒輪23同速同向轉(zhuǎn)動(dòng)。第五齒輪23中心孔與滾珠絲杠M下端剛性連接。第一方形立柱3與第二方形立柱4斷面呈U形且內(nèi)部結(jié)構(gòu)相同，滾珠螺母25與滾珠絲杠M螺紋配合，滾珠螺母25與第一升降塊7剛性連接，為增加穩(wěn)固性，滾珠螺母25在滾珠絲杠M兩側(cè)與為其導(dǎo)向的第一導(dǎo)軌沈和第二導(dǎo)軌27滑動(dòng)連接。參照?qǐng)D9，為本實(shí)用新型中標(biāo)定工作臺(tái)11簡(jiǎn)圖，標(biāo)定工作臺(tái)11由水平鋼板1101， 第一豎直轉(zhuǎn)接板1102，第二豎直轉(zhuǎn)接板1103，第三豎直轉(zhuǎn)接板1104，第四豎直轉(zhuǎn)接板1105， 傳感器走線孔1106，L型傳感器基座安裝孔1107組成。傳感器走線孔1106用于放置六維力傳感器的輸出電纜。水平鋼板1101的左側(cè)面兩端分別與第一豎直轉(zhuǎn)接板1102，第二豎直轉(zhuǎn)接板1103剛性連接呈直角，右側(cè)面兩端分別與第三豎直轉(zhuǎn)接板1104，第四豎直轉(zhuǎn)接板 1105剛性連接呈直角，機(jī)械加工采用無(wú)縫焊接，并保證其垂直度。標(biāo)定工作臺(tái)11通過(guò)第一豎直轉(zhuǎn)接板1102、第二豎直轉(zhuǎn)接板1103、第三豎直轉(zhuǎn)接板1104，第四豎直轉(zhuǎn)接板1105分別與第一箱型立柱3、第二箱型立柱4、第三箱型立柱5、第四箱型立柱6的側(cè)面的螺紋連接固定于四個(gè)箱型立柱之間。為保證水平鋼板1101受力時(shí)不發(fā)生任何形變，水平鋼板1101下表面鋪有加強(qiáng)筋。水平鋼板1101表面有L型傳感器基座安裝孔1107，用于與L型傳感器基座12螺紋連接。當(dāng)六維力傳感器13固定在L型傳感器基座12第一凹槽1211時(shí)，使第一升降塊7、 第二升降塊8分別帶動(dòng)第一縱向施力桿9、第二縱向施力桿10對(duì)第一橫向加載方筒15、第二橫向加載方筒16由零開(kāi)始逐步施加向上或向下的大小相等的方向相同的垂直力，兩個(gè)逐步加載的垂直同向力轉(zhuǎn)化為逐步加載的Z方向合力通過(guò)加載夾持機(jī)構(gòu)14傳遞給六維力傳感器13，完成Z方向力的標(biāo)定；使第一升降塊7、第二升降塊8分別帶動(dòng)第一縱向施力桿 9、第二縱向施力桿10對(duì)第一橫向加載方筒15、第二橫向加載方筒16由零開(kāi)始逐步施加向上或向下的大小相等，方向相反的垂直力，兩個(gè)逐步加載的垂直力轉(zhuǎn)化為逐步加載的X方向力矩(或Y方向力矩)通過(guò)加載夾持機(jī)構(gòu)14傳遞給六維力傳感器13，完成X方向力矩(或 Y方向力矩)的標(biāo)定；將六維力傳感器13沿標(biāo)定軸1301旋轉(zhuǎn)90度，再次固定于L型傳感器基座的第一凹槽1212上，使第一升降塊7、第二升降塊8分別帶動(dòng)第一縱向施力桿9、第二縱向施力桿10對(duì)第一橫向加載方筒15、第二橫向加載方筒16由零開(kāi)始逐步施加向上或向下的大小相等，方向相反的垂直力，兩個(gè)逐步加載的垂直力轉(zhuǎn)化為逐步加載的Y方向力矩 (或X方向力矩)通過(guò)加載夾持機(jī)構(gòu)14傳遞給六維力傳感器13，完成Y方向力矩(或X方向力矩)的標(biāo)定。當(dāng)六維力傳感器13固定在L型傳感器基座第二凹槽1221時(shí)，使第一升降塊7、第二升降塊8分別帶動(dòng)第一縱向施力桿9、第二縱向施力桿10對(duì)第一橫向加載方筒15、第二橫向加載方筒16由零開(kāi)始逐步施加向上或向下的大小相等的方向相同的垂直力，兩個(gè)逐步加載的垂直同向力轉(zhuǎn)化為逐步加載的X方向(或Y方向)合力通過(guò)加載夾持機(jī)構(gòu)14傳遞給六維力傳感器13，完成X方向力(或Y方向力)的標(biāo)定；將六維力傳感器13沿標(biāo)定軸1301 旋轉(zhuǎn)90度，再固定于L型傳感器基座的第二凹槽1221上，若第一升降塊7、第二升降塊8分別帶動(dòng)第一縱向施力桿9、第二縱向施力桿10對(duì)第一橫向加載方筒15、第二橫向加載方筒 16由零開(kāi)始逐步施加向上或向下的大小相等的方向相同的垂直力，兩個(gè)逐步加載的垂直同向力轉(zhuǎn)化為逐步加載的Y方向(或X方向)合力通過(guò)加載夾持機(jī)構(gòu)14傳遞給六維力傳感器 13，完成Y方向力(或X方向力)的標(biāo)定；使第一升降塊7、第二升降塊8分別帶動(dòng)第一縱向施力桿9、第二縱向施力桿10對(duì)第一橫向加載方筒15、第二橫向加載方筒16由零開(kāi)始逐步施加向上或向下的大小相等的方向相反的垂直力，兩個(gè)逐步加載的垂直力轉(zhuǎn)化為逐步加載的Z方向力矩通過(guò)加載夾持機(jī)構(gòu)14傳遞給六維力傳感器13，完成Z方向力矩的標(biāo)定。整個(gè)標(biāo)定試驗(yàn)過(guò)程由PC機(jī)控制兩個(gè)伺服電機(jī)，并由標(biāo)準(zhǔn)單向力傳感器測(cè)量加載力的大小和正負(fù)方向，由非接觸式位移傳感器檢測(cè)夾具的位置。并通過(guò)將六維力傳感器13 分別安裝在L型傳感器基座12的第一凹槽1211或第二凹槽1221上，可分別對(duì)3個(gè)方向力和3個(gè)方向力矩進(jìn)行精確標(biāo)定。根據(jù)各方向單維力加載的試驗(yàn)標(biāo)定數(shù)據(jù)，設(shè)六維力傳感器 13輸入與輸出構(gòu)成線性定常系統(tǒng)，從維間耦合的本質(zhì)出發(fā)，建立六維力傳感器13的維間耦合模型。將每路的輸出電壓先減去干擾力維間耦合引入的那一部分壓值，即消除耦合誤差，再除以毛求力，則完成了各維力之間的解耦計(jì)算。如式(1)所示。
權(quán)利要求1.一種雙力源六維力傳感器的標(biāo)定裝置，包括標(biāo)定工作臺(tái)(11 )，其特征是，所述標(biāo)定裝置還包括第一升降機(jī)構(gòu)、第二升降機(jī)構(gòu)、加載裝置、加載夾持機(jī)構(gòu)(14)及L形傳感器基座 (12)，第一升降機(jī)構(gòu)包括作為輸出端的第一升降塊(7)，第一升降塊(7)與加載裝置的一端連接，第二升降機(jī)構(gòu)包括作為輸出端的第二升降塊(8)，第二升降塊(8)與加載裝置的另一端連接，所述的加載裝置包括第一縱向施力桿(9)、第二縱向施力桿(10)、第一橫向加載方筒 (15)及第二橫向加載方筒(16)，所述第一縱向施力桿(9)的上端作為加載裝置的一端與第一升降機(jī)構(gòu)的第一升降塊(7)連接，在第一縱向施力桿(9)的下端連接有第一方孔套(91)， 第一方孔套(91)套設(shè)在第一橫向加載方筒(15)上且第一方孔套(91)與第一橫向加載方筒 (15)之間形成橫向滑動(dòng)連接，第一橫向加載方筒(15)與加載夾持機(jī)構(gòu)(14)的一端連接；所述第二縱向施力桿(10)的上端作為加載裝置的另一端與第二升降機(jī)構(gòu)的第二升降塊(8) 連接，在第二縱向施力桿(10)的下端連接有第二方孔套(101 )，第一方孔套(101)套設(shè)在第二橫向加載方筒(16)上且第一方孔套(101)與第二橫向加載方筒(16)之間形成橫向滑動(dòng)連接，第二橫向加載方筒(16)與加載夾持機(jī)構(gòu)(14)的另一端連接，所述L形傳感器基座(12)設(shè)在標(biāo)定工作臺(tái)(11)上，L形傳感器基座(12)由相互垂直的第一臂(121)和第二臂(122)組成，在第一臂(121)上設(shè)有用于放置六維力傳感器的第一凹槽(1211 )，在第二臂(122)上設(shè)有用于放置六維力傳感器的第二凹槽(1221 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙力源六維力傳感器的標(biāo)定裝置，其特征是，所述的加載夾持機(jī)構(gòu)(14)由相互疊合在一起的第一夾塊(140)與第二夾塊(141)組成，在第一夾塊(140) 上設(shè)有用于夾持傳感器標(biāo)定軸的第一方形凹槽(1401)，在第一方形凹槽(1401)內(nèi)第一標(biāo)定軸連接螺孔(1402)，在第二夾塊(141)上設(shè)有用于夾持傳感器標(biāo)定軸的第二方形凹槽 (1411)，在第二方形凹槽(1411)內(nèi)第二標(biāo)定軸連接螺孔(1402);加載夾持機(jī)構(gòu)(14)的一端嵌入第一橫向加載方筒(15)并由2個(gè)或2個(gè)以上的貫穿第一橫向加載方筒(15)和加載夾持機(jī)構(gòu)(14) 一端的螺栓連接，加載夾持機(jī)構(gòu)(14)的另一端嵌入第二橫向加載方筒(16)并由2個(gè)或2個(gè)以上的貫穿第二橫向加載方筒(16)和加載夾持機(jī)構(gòu)(14)另一端的螺栓連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雙力源六維力傳感器的標(biāo)定裝置，其特征是，第一升降機(jī)構(gòu)和第二升降機(jī)構(gòu)采用螺旋升降裝置，所述升降裝置，包括第一方形基座(1)、第一方形立柱(3)、第二方形立柱(4)、伺服電機(jī)(17)、減速器(18)、第一齒輪(19)、第二齒輪(20)、第三齒輪(21)、第四齒輪(22)、第五齒輪(23)、滾珠絲杠(24)、滾珠螺母(25)、第一導(dǎo)軌(26) 和第二導(dǎo)軌07)，第一方形立柱(3)裝載于第一方形基座(1)上表面的一端，第二方形立柱 (4)裝載于第一方形基座(1)上表面的另一端，伺服電機(jī)(17)的輸出軸與減速器(18)的輸入端剛性連接，減速器(18)輸出軸與第一齒輪(19)中心剛性連接，第一齒輪(19)的一側(cè)與第二齒輪(20)嚙合，另一側(cè)與第三齒輪(21)嚙合，第二齒輪(20)同時(shí)與第五齒輪(23) 嚙合，第三齒輪(21)同時(shí)與第四齒輪(22)嚙合，五個(gè)相互嚙合的齒輪中心位于同一條直線上，第五齒輪(23)中心孔與滾珠絲杠(24)下端剛性連接，第一方形立柱(3)與第二方形立柱(4)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相同，滾珠螺母(25)與滾珠絲杠(24)螺紋配合，滾珠螺母(25)與第一導(dǎo)軌(26)和第二導(dǎo)軌07)滑動(dòng)連接，滾珠螺母(25)與升降機(jī)構(gòu)的輸出端剛性連接。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種雙力源六維力傳感器的標(biāo)定裝置，包括標(biāo)定工作臺(tái)，第一升降機(jī)構(gòu)、第二升降機(jī)構(gòu)、加載裝置、加載夾持機(jī)構(gòu)及L形傳感器基座，第一升降機(jī)構(gòu)包括作為輸出端的第一升降塊，第一升降塊與加載裝置的一端連接，第二升降機(jī)構(gòu)包括作為輸出端的第二升降塊，第二升降塊與加載裝置的另一端連接，兩個(gè)縱向施力桿分別與兩個(gè)升降塊剛性連接并分別對(duì)兩個(gè)橫向加載方筒施加大小相等，方向相同或相反的垂直力，兩個(gè)垂直力通過(guò)兩個(gè)橫向加載方筒與加載夾持機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化為合力或合力矩傳遞給六維力傳感器，六維力傳感器固定于L型傳感器基座上，L型傳感器基座裝載在標(biāo)定工作臺(tái)上。
文檔編號(hào)F16M11/26GK202216801SQ201120284809
公開(kāi)日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2011年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月8日
發(fā)明者吳涓, 宋愛(ài)國(guó), 崔建偉, 茅晨, 馬俊青 申請(qǐng)人:東南大學(xué)