[发明专利]一种六维力传感器标定装置及其标定方法

权利要求书

1.一种六维力传感器标定装置，该装置包括标定工作台(9)、位于该标定工作台(9)一侧并与该标定工作台(9)连为一个整体的带滑轮轴的支架(4)、在该支架(4)滑轮轴上的滑轮、和绕过该滑轮的载荷施加绳，其特征在于，在所述标定工作台(9)上固定安装有带预紧螺钉孔的标定调节板(8)，在该标定调节板(8)上依次安装有通过预紧螺钉(101)与该标定调节板(8)连接的传感器预紧板(10)、与该传感器预紧板(10)固定连接的载荷定位板(7)，待标定六维力传感器(11)以预紧状态被夹持安装在标定调节板(8)和传感器预紧板(10)之间；所述载荷定位板(7)有五个均位于同一水平面上的，呈十字形的载荷施力点(7a、7b、7c、7d、7e)，位于十字中心的中心载荷施力点(7a)在所述标定六维力传感器(11)的传感器轴线上，其余四个十字端载荷施力点(7b、7c、7d、7e)与该中心载荷施力点(7a)之间的距离(b)相等；所述滑轮有平行滑轮(2)和高端滑轮(1)各一个，所述载荷施加绳有两条，它们的一端连接在需要施力时的所述载荷施力点上，另一端分别绕过平行滑轮(2)和高端滑轮(1)后与标准砝码(3)连接；绕过平行滑轮(2)的载荷施加绳是呈水平状态的平行载荷施加绳(6)，其水平段与该平行滑轮(2)的切点与所述中心载荷施力点(7a)和两个相对的十字端载荷施力点(7b、7d或7c、7e)均位于同一直线上，其水平段与平行滑轮(2)的切点到中心载荷施力点(7a)的距离(B)是最近的两个载荷施力点之间距离(b)的六～十二倍；绕过高端滑轮(1)的载荷施加绳是呈向上倾斜状态的高端载荷施加绳(5)，其倾斜段与所述高端滑轮(1)的切点和所述平行载荷施加绳(6)与其平行滑轮(2)的切点在同一条垂直线上，其倾斜段在所述平行载荷施加绳(6)的水平段与其平行滑轮(2)的切点和中心载荷施力点(7a)所在的竖起平面上的投影的倾斜角(θ)不小于35°。

2.根据权利要求1所述的六维力传感器标定装置，其特征在于，所述载荷施力点(7a、7b、7c、7d、7e)由通过螺纹联接而安装在载荷定位板(7)上的带有中心孔的螺钉确定，这些螺钉的中心孔均位于各载荷施力点(7a、7b、7c、7d、7e)上，所述载荷施加绳从螺钉头部插入而穿过中心孔，其穿出端通过一个锁头(71)夹紧或打一个大于螺钉中心孔的结。

3.根据权利要求1或2所述的六维力传感器标定装置，其特征在于，所述载荷施力点比呈十字形的载荷施力点(7a、7b、7c、7d、7e)少两个相邻的十字端载荷施力点，剩余的载荷施力点(7a、7b、7e)构成L形、并与呈十字形的载荷施力点(7a、7b、7c、7d、7e)的对应点在位置上重叠。

4.一种六维力传感器的标定方法，该方法是利用传感器的输出关系式来进行标定的，其关系式为，U＝G·F；式中，U为传感器的输出电压矩阵，G为传感器的标定矩阵，F为传感器的输入矩阵；其特征在于，该方法是运用权利要求1或2所述六维力传感器标定装置、或者运用权利要求3所述六维力传感器标定装置来进行标定的方法，包括如下步骤：

①根据待标定六维力传感器(11)的量程，从零到满量程平均分成若干级来对应选择不同重量的标准砝码(3)；测量该待标定六维力传感器(11)的高度，根据所述平行载荷施加绳(6)的水平段应当水平的要求，选择相应厚度的标定调节板(8)并固定在其标定工作台(9)上；

②以待标定六维力传感器(11)的传感器轴线与所述中心载荷施力点(7a)重叠的状态，把该待标定六维力传感器(11)夹持安装在标定调节板(8)和传感器预紧板(10)之间预紧，然后把所述载荷定位板(7)固定连接在该传感器预紧板(10)之上；

③将待标定六维力传感器(11)的接线柱(110)与多路电荷放大器相连，然后再将多路电荷放大器与示波器连接，并实测此时的高端载荷施加绳(5)的所述倾斜角(θ)；

④获取三维力和三维力矩的输出电压和静态施加载荷

a、由标准砝码(3)通过平行载荷施加绳(6)给中心载荷施力点(7a)加载，其后，记录示波器显示的待标定六维力传感器(11)六个方向对应的输出电压，以及此时的X方向力的静态施加载荷Fx，其值为Fx＝f；其中，f为各级标准砝码的重量；

b、将标定调节板(8)旋转90°安装，依然由标准砝码(3)通过平行载荷施加绳(6)给中心载荷施力点(7a)加载，其后，记录示波器显示的待标定六维力传感器(11)六个方向对应的输出电压，以及此时的Y方向力的静态施加载荷Fy，其值为Fy＝f；

c、由标准砝码(3)通过高端载荷施加绳(5)给中心载荷施力点(7a)加载，其后，记录示波器显示的待标定六维力传感器(11)六个方向对应的输出电压，以及此时的Z方向力的静态施加载荷Fz，其值为Fz＝-f×sinθ；

e、由标准砝码(3)通过高端载荷施加绳(5)，给中心载荷施力点(7a)与平行载荷施加绳(6)和其平行滑轮(2)的切点之间连线两侧的十字端载荷施力点之一(7b)加载，其后，记录示波器显示的待标定六维力传感器(11)六个方向对应的输出电压，以及此时的X方向力矩的静态施加载荷Mx，其值为

f、将标定调节板(8)旋转90°安装，依然由标准砝码(3)通过高端载荷施加绳(5)，给中心载荷施力点(7a)与平行载荷施加绳(6)和其平行滑轮(2)的切点之间连线两侧的十字端载荷施力点之一(7e)加载，其后，记录示波器显示的待标定六维力传感器(11)六个方向对应的输出电压，以及此时的Y方向力矩的静态施加载荷My，其值为My=BbtgθfB2+b2+B2tg2θ;]]>

f、由标准砝码(3)通过平行载荷施加绳(6)，给中心载荷施力点(7a)与平行载荷施加绳(6)和其平行滑轮(2)的切点之间连线两侧的十字端载荷施力点之一(7e)加载，其后，记录示波器显示的待标定六维力传感器(11)六个方向对应的输出电压，以及此时的Z方向力矩的静态施加载荷Mz，其值为

⑤以步骤④各次记录的待标定六维力传感器(11)六个方向对应的输出电压，构建该待标定六维力传感器(11)的输出电压矩阵U；以步骤④各次记录的静态施加载荷(Fx、Fy、Fz、Mx、My、Mz)，构建该待标定六维力传感器(11)的输入矩阵F；再根据传感器输出关系式U＝G·F，即得出待标定六维力传感器(11)的标定矩阵G。