[发明专利]一种六维力/力矩传感器标定装置及标定方法

权利要求书

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（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。

2.一种六维力/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（1）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

a1）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砝码（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/力矩传感器（15）中心孔、回转工作台（13）中心孔和标定工作台（1）中心孔后竖直向下延伸；在C钢丝绳（2301）竖直方向的末端加载C砝码（2302），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；

B）力矩标定

B1）中量程力矩标定

b11）将D钢丝绳（1901）一端固定在A中等量程力矩标定槽（1401）内，另一端穿过B1力矩加载装置（4）上的侧滑轮（203）并竖直向下延伸，调节侧滑轮支架（202）直至A中等量程力矩标定槽（1401）与侧滑轮（203）之间的D钢丝绳（1901）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D钢丝绳（1901）竖直方向的末端加载D砝码（1903）；将E钢丝绳（1902）一端固定在B中等量程力矩标定槽（1402）内，另一端穿过B2力矩加载装置（6）上的侧滑轮（203）并竖直向下延伸，调节侧滑轮支架（202）直至B中等量程力矩标定槽（1402）与侧滑轮（203）之间的E钢丝绳（1902）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E钢丝绳（1902）竖直方向的末端加载E砝码（1904）；确保同时加载的D砝码（1903）和E砝码（1904）重量相等，记录加载力值与六维力/力矩传感器（15）的输出电压，完成Mz-方向的力矩标定；

b12）将D钢丝绳（1901）一端固定在A中等量程力矩标定槽（1401）内，另一端穿过A1力矩加载装置（5）上的侧滑轮（203）并竖直向下延伸，调节侧滑轮支架（202）直至A中等量程力矩标定槽（1401）与侧滑轮（203）之间的D钢丝绳（1901）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D钢丝绳（1901）竖直方向的末端加载D砝码（1903）；将E钢丝绳（1902）一端固定在B中等量程力矩标定槽（1402）内，另一端穿过A2力矩加载装置（7）上的侧滑轮（203）并竖直向下延伸，调节侧滑轮支架（202）直至B中等量程力矩标定槽（1402）与侧滑轮（203）之间的E钢丝绳（1902）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E钢丝绳（1902）竖直方向的末端加载E砝码（1904）；确保同时加载的D砝码（1903）和E砝码（1904）重量相等，记录加载力值与六维力/力矩传感器（15）的输出电压，完成Mz+方向的力矩标定；

b13）将F钢丝绳（2101）一端固定在A中等量程力矩标定槽（1401）内，另一端穿过横梁（8）、经B上滑轮（10）90°水平转接、经A上滑轮（9）竖直转接后，竖直向下延伸，在F钢丝绳（2101）竖直方向的末端加载F砝码（2103）；将G钢丝绳（2102）一端固定在B中等量程力矩标定槽（1402）内，另一端竖直向下伸出，竖直穿过标定工作台（1）侧孔后竖直向下延伸，在G钢丝绳（2102）竖直方向的末端加载G砝码（2104）；确保同时加载的F砝码（2103）和G砝码（2104）重量相等，记录加载力值与六维力/力矩传感器（15）的输出电压，完成Mx+方向的力矩标定；

b14）逆时针转动回转工作台（13）90°，使六维力/力矩传感器（15）和中等量程力矩转接装置（14）均逆时针转动90°，再顺时针调回中等量程力矩转接装置（14）90°，采用Mx+方向的力矩标定的方法，完成My+方向的力矩标定；

b15）继续逆时针转动回转工作台（13）90°，使六维力/力矩传感器（15）和中等量程力矩转接装置（14）均再逆时针转动90°，再顺时针调回中等量程力矩转接装置（14）90°，采用Mx+方向的力矩标定的方法，完成Mx-方向的力矩标定；

b16）继续逆时针转动回转工作台（13）90°，使六维力/力矩传感器（15）和中等量程力矩转接装置（14）均再逆时针转动90°，再顺时针调回中等量程力矩转接装置（14）90°，采用Mx+方向的力矩标定的方法，完成My-方向的力矩标定；

B2）小量程力矩标定

b21）将H钢丝绳（2402）一端固定在小量程力矩标定槽（1801）内，另一端穿过A力值加载装置（2）上的侧滑轮（203）并竖直向下延伸，调节侧滑轮支架（202）直至小量程力矩标定槽（1801）与侧滑轮（203）之间的H钢丝绳（2402）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H钢丝绳（2402）竖直方向的末端加载H砝码（2404）；将I钢丝绳（2401）一端固定在小量程力矩/力值标定槽（1802）内，另一端穿过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）直至小量程力矩/力值标定槽（1802）与侧滑轮（203）之间的I钢丝绳（2401）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I钢丝绳（2401）竖直方向的末端加载I砝码（2403）；确保同时加载的H砝码（2404）和I砝码（2403）重量相等，记录加载力值与六维力/力矩传感器（15）的输出电压，完成Mx+方向的力矩标定；

b22）逆时针转动回转工作台（13）90°，使六维力/力矩传感器（15）和小量程力矩转接装置（18）均逆时针转动90°，采用Mx+方向的力矩标定的方法，完成My+方向的力矩标定；

b23）继续逆时针转动回转工作台（13）90°，使六维力/力矩传感器（15）和小量程力矩转接装置（18）均逆时针再转动90°，采用Mx+方向的力矩标定的方法，完成Mx-方向的力矩标定；

b24）继续逆时针转动回转工作台（13）90°，使六维力/力矩传感器（15）和小量程力矩转接装置（18）均逆时针再转动90°，采用Mx+方向的力矩标定的方法，完成My-方向的力矩标定。