[发明专利]一种中等量程的六维力传感器标定装置

说明书

技术领域

本发明涉及自动化领域，特别涉及传感器领域中的一种中等量程的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(Fx，Fy，Fz)和三维力矩信息(Mx，My，Mz)，主要应用在力及力/位置控制场合，如轮廓跟踪、精密装配、双手协调、试验系统中的六维力信息检测等。

传感器的测量精度是评定传感器最重要的性能指标之一，其误差包括随机误差和系统误差。对于六维力传感器来说，其随机误差主要是由内部信号处理电路、量化误差、外界干扰等因素引起；系统误差则主要是由标定系统的标定精度所决定，六维力传感器由于其本身机械结构的复杂性，以及传感器在制造、粘贴应变片等加工工艺环节存在误差，传感器的各输入输出通道之间存在相互耦合的问题，需要通过标定确定各个方向输入输出的耦合关系，计算其耦合矩阵，并通过解耦补偿各维之间耦合带来的影响。因此传感器标定装置的设计和标定方法的研究至关重要，其标定精度将直接影响其使用时的测量精度。

六维力传感器的标定就是通过对六维力传感器施加空间坐标系中独立的力/力矩，或是线性无关的多个力/力矩，读取六维力传感器在各种状态下标定时的输出，计算得到解耦矩阵。根据实际应用需求，六维力传感器的标定分为静态标定和动态标定，静态标定主要用于检测传感器的静态性能指标，如静态灵敏度、非线性、回差、重复性等；动态标定主要用于检测传感器的动态特性，如动态灵敏度、频率响应和固有频率等。

目前六维力传感器静态标定所采用的加载方式主要有测力环式和砝码式两种。其中测力环式加载采用顶杆方式，由测力环读出加载力值，这种加载允许有较大的加载力，但读数精度较低，高精度的测力环则价格昂贵。砝码式标定是采用等级砝码提供标准加载力，直接用等级砝码作为基准，力值精度较高，在中等量程、小量程六维力传感器的标定中使用比较普遍。

在现有技术中有多种结构的传感器标定测试装置，专利号为CN1715856的“无级升降式六维力传感器标定装置”和专利号为CN100337105C的“并联六维力传感器标定装置”等，经检索查新，其中专利号为CN100337105C的专利是最接近的专利技术。它具体公开了一种并联六维力传感器标定装置，包括长短框组成的龙门式支撑框架、加载减速机、标准单向力传感器、加载坐标十字架、标定装置固定平台、载荷传递绳索和滑轮组，标定装置采用大速比减速机来施加载荷，采用龙门式结构作支撑框架。

现有技术中的标定装置存在着不足之处，其一，标定装置通过调整载荷传递绳索与水平面之间的角度来改变施加载荷的方向，在体积较大或者绳索较长时，调整载荷传递绳索与水平面之间的角度很难保证足够的精度，从而使施加的载荷具有较大的方向误差，将直接影响标定精度；其二，标定装置中采用滑轮来施加载荷，而滑轮具有摩擦力，此摩擦力会造成比较大的加载误差，从而影响标定精度；其三，标定装置中对六维力传感器施加的是复合力/力矩，无法实现对各维力/力矩分量的独立加载；其四，对于中等量程六维力传感器的标定来说，由于滑轮、传递绳索等引起的误差较大，直接影响六维力传感器的标定精度。

发明内容

本发明的目的是：避免上述现有技术中六维力传感器标定测试装置的不足之处，提供一种结构简单、操作方便、标定精度高、适合对中等量程的六维力传感器进行精确标定和测试的装置。

本发明的技术方案是：一种中等量程的六维力传感器标定装置，包括回转台基座上依次机械连接的回转台转盘、转接板、六维力传感器、加载板，特别是：

回转台基座通过螺栓垂直安装在工作台的一端，工作台固定安装在工作台支座上，工作台的上面凿有一个圆形光孔；

回转台基座的前面置有回转台转盘，回转台基座的侧面置有回转台手柄，回转台基座、回转台转盘和回转台手柄组成一个立式回转台；

转接板通过螺钉连接在回转台转盘的一组转接板安装孔上，六维力传感器通过螺钉连接在转接板的转接板传感器安装孔上，六维力传感器和转接板之间通过转接板传感器定位销进行定位连接；

加载板通过螺栓连接在六维力传感器的一组加载板传感器安装孔上，加载板和六维力传感器之间通过传感器定位销和加载板定位孔进行定位；

加载板的一面置有一组背面加力杆和一个加载板定位孔，另一面置有一组正面加力杆和一个中心加力杆；