[发明专利]一种六维力/力矩传感器标定装置及标定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种六维力/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。

背景技术

六维力/力矩传感器用于检测三维空间中的力（Fx，Fy，Fz）、力矩（Mx，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。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种六维力/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，本发明采用的技术方案为：

一种六维力/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；