[发明专利]一种六维力传感器标定装置

说明书

技术领域

本发明涉及传感器及其测控领域，特别是涉及一种六维力传感器标定装置。

背景技术

六维力传感器能够同时检测三维空间的全力信息，即三维力信息和三维力矩信息。六维力传感器在航空航天和机器人技术等领域都有广泛应用，如精密仪器装配、机器人双手协调控制等。我国高精度六维力传感器主要依赖进口，因此研制具有自主知识产权的六维力传感器具有重要的战略意义。标定装置在传感器的研制过程中占据着及其重要的作用，标定装置的精度直接制约着六维力传感器的测量精度，研制出高精度的定位和加载的六维力传感器标定装置可为六维力传感器的精确标定提供重要的技术支撑，具有广泛的前景。

目前国内多维力传感器研究单位研制出的传感器标定装置典型的主要有砝码式、龙门式、四千斤顶式等。中国专利公开号CN102749168公开了一种砝码式无耦合六维力传感器的组合式标定装置，利用砝码作为力源，利用杠杆原理和滑轮组实现增力作用，实现各个方向单维力的单独标定，在中小量程多维力传感器的标定中较为普遍，具有精度高易操作等特点，但不能进行自动加载及动态载荷加载标定。中国专利公开号CN1715856A公开了一种滑轮式无极升降式六维力传感器标定装置，可实现对多维力传感器进行广义加载标定，但传递绳索与水平面之间的角度很难保证足够的精度，从而影响标定精度。

综上所述，现有六维力传感器标定装置普遍存在标定力和力矩精度不高、不能自动控制等问题。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种既具有较高精度，又能够自动加载以及各维力/力矩分量可单独加载的六维力传感器标定装置。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种六维力传感器标定装置，包括机架、六个带单维力传感器的电动缸、加载块、加载板、胀紧套、传感器底座、可定心三爪卡盘以及电气控制系统；所述的机架由基座和刚性框架两部分组成，所述的刚性框架为三横梁四立柱形式，通过四根立柱的底部固定于基座上，其中一根立柱位于基座左侧、一根立柱位于基座后侧、两根立柱按前后方向并列于基座右侧，右侧两根立柱的顶部与一根短横梁相连，短横梁的中部通过一根长横梁与左侧的立柱顶部相连，长横梁的中部通过一根中横梁与后侧的立柱顶部相连；所述的加载块通过六个电动缸与刚性框架相连，所述的六个电动缸每两个一组，分别位于加载块的右侧、上侧和后侧；每组电动缸的轴线所在平面相互正交，且与加载块的几何中心重合；每个电动缸通过控制电缆经多轴控制器与上位机相连；每个电动缸上都安一个单维力传感器，单维力传感器通过数据线与上位机相连；所述的上位机包括人机界面和工控机；

所述的可定心三爪卡盘固定在基座上，位于加载块的下方且与加载块的几何中心在一条垂直线上；所述的加载块上有定位凹槽，加载板嵌于定位凹槽中并通过两个胀紧套夹紧；

所述的传感器底座通过夹紧方式固定在可定心三爪卡盘上，用于对被标定传感器进行定位夹紧；

所述的电气控制系统包括人机界面、工控机、多轴控制器、六个电动缸和六个单维力传感器。

本发明所述的电动缸两端通过无间隙球形铰分别与加载块和刚性框架连接。

本发明工作前，被标定传感器一端通过螺钉固定在传感器底座上，通过可定心三爪卡盘对传感器底座的夹紧完成固定，另一端通过加载板和加载块的凹槽定位，从而能确保良好的精度和强度。最后通过楔形胀紧套夹紧在加载块的矩形中心处。本发明工作时，人机界面和工控机作为上位机，控制监测各电动缸加载力信号。当进行力加载工作时，单维力传感器将各电动缸加载力大小反馈给多轴控制器和上位机，上位机将反馈信号与需加载信号相比较，并通过对比后的差值进行控制，若两者存在差值，上位机将反馈信号传递给多轴控制器，多轴控制器控制电动缸伺服电机转动，直至差值为零，即形成闭环力反馈控制系统，从而得到精确加载力。

本发明通过单维力传感器反馈的力的大小与要加载的力的差值来控制电动缸的制动，从而能获得相应的加载力。同一侧的两个电动缸施加大小及方向相同的力时，可完成此向力的加载。两个电动缸施加大小相同方向相反的力时，可完成此向力矩的加载。

本发明的显著效果是：

1、本发明采用闭环力反馈控制系统，实现标定力的精确自动加载，并能够对六维力传感器进行连续加载。

2、本发明可以连续自动加载，从而只需对被标定传感器进行一次装夹，通过操纵人机界面操作面板即可自动控制施加力/力矩大小，即可实现量程范围内任意六维力的加载，加载过程简单，操作方便。