[发明专利]一种六维力传感器标定装置及其标定方法

说明书

技术领域

本发明涉及对六维力传感器进行标定的装置和标定方法。

背景技术

六维力传感器是指能够获取三维力信息(Fx，Fy，Fz)或者三维力矩信息(Mx，My，Mz)的力传感器。六维力传感器的应用范围已经越来越广泛，如：机器人、制造业、医学、体育比赛、航空航天等。力传感器的测量精度是衡量传感器的重要指标，传感器生产出来之后必须对其进行标定。公告号CN100337105C、名称为《并联六维力传感器标定装置》就是对六维力传感器进行标定的装置之一，该发明的确提供了一种较好的标定装置。然而，由于该装置仅是对并联的六维力传感器进行标定的，故该装置还不具有对单个六维力传感器进行标定的通用性。公告号为CN100529703C、名称为《六维力传感器标定装置》克服了上述标定装置不具有通用性的缺陷，能够对单个的六维力传感器进行标定。然而，后者针对的仅是大量程(最小量程也有1吨)六维力传感器，故其结构较复杂。另外，上述两种标定装置，均需配用标准单向力传感器(或标准单维力传感器)，且均还只能对六维力传感器进行静态标定；在对六维力传感器进行动态标定时，还不得不借助于其他标定装置。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种结构相对简单、通用性较好，能够进行静态标定和动态标定的六维力传感器标定装置。

本发明的第二目的是提供一种运用实现第一发明目的之装置来对六维力传感器进行静态标定和动态标定的方法。

实现所述第一目的之技术方案是这样一种六维力传感器标定装置，与现有技术相同的方面是，该装置包括标定工作台、位于该标定工作台一侧并与该标定工作台连为一个整体的带滑轮轴的支架、在该支架滑轮轴上的滑轮、和绕过该滑轮的载荷施加绳。其改进之处是，在标定工作台上固定安装有带预紧螺钉孔的标定调节板，在该标定调节板上依次安装有通过预紧螺钉与该标定调节板连接的传感器预紧板、与该传感器预紧板固定连接的载荷定位板，待标定六维力传感器以预紧状态被夹持安装在标定调节板和传感器预紧板之间。载荷定位板有五个均位于同一水平面上的，呈十字形的载荷施力点，位于十字中心的中心载荷施力点在标定六维力传感器的传感器轴线上，其余四个十字端载荷施力点与该中心载荷施力点之间的距离b相等；所述滑轮有平行滑轮和高端滑轮各一个，所述载荷施加绳有两条，它们的一端连接在需要施力时的载荷施力点上，另一端分别绕过平行滑轮和高端滑轮后与标准砝码连接；绕过平行滑轮的载荷施加绳是呈水平状态的平行载荷施加绳，其水平段与该平行滑轮的切点与中心载荷施力点和两个相对的十字端载荷施力点均位于同一直线上，其水平段与该平行滑轮的切点到该中心载荷施力点的距离B是最近的两个载荷施力点之间距离b的六～十二倍；绕过高端滑轮的载荷施加绳是呈向上倾斜状态的高端载荷施加绳，其倾斜段与高端滑轮的切点和其平行载荷施加绳与其平行滑轮的切点在同一条垂直线上，其倾斜段在平行载荷施加绳的水平段与其平行滑轮的切点和中心载荷施力点所在的竖起平面上的投影的倾斜角θ不小于35°。

实现所述第二目的之技术方案是这样一种六维力传感器的标定方法，与现有技术相同的方面是，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。其改进之处是，该方法是运用实现第一发明目的之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；测量该待标定六维力传感器的高度，根据所述平行载荷施加绳的水平段应当水平的要求，选择相应厚度的标定调节板并固定在其标定工作台上；

②以待标定六维力传感器的传感器轴线与中心载荷施力点重叠的状态，把该待标定六维力传感器夹持安装在标定调节板和传感器预紧板之间预紧，然后把载荷定位板固定连接在该传感器预紧板之上；

③将待标定六维力传感器的接线柱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的倾斜角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、由标准砝码通过平行载荷施加绳给中心载荷施力点加载，其后，记录示波器显示的待标定六维力传感器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、将标定调节板旋转90°安装，依然由标准砝码通过平行载荷施加绳给中心载荷施力点加载，其后，记录示波器显示的待标定六维力传感器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；