[发明专利]用于电磁力或者电磁力矩的测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及多自由度力和力矩动态变化的测量领域，特别地，涉及一种三自由度电磁力和力矩的测量装置及方法。

背景技术

工程领域所使用的电磁装置具有大磁隙、多控制参量、结构复杂等特点，其产生的电磁力和力矩数值确定比较复杂，且对后续任务成败非常关键；电磁力和力矩数值确定理论上为电磁场作用的求解问题，一般而言，该问题可基于麦克斯韦方程组进行解析求解，但由于各种初始或边界条件不同及其计算复杂性等约束，实际工程中往往很难或很少直接求解麦克斯韦方程组。

针对电磁力和力矩的数值确定，通常的处理方法有3种：一是利用简化的电磁场模型解析求解；二是利用商用软件(如Maxwell 3D)进行数值计算；三是通过专用测量装置进行动态条件下电磁力/力矩测量。

对于构型简单的电磁装置，其电磁力和力矩确定可通过简化的电磁模型求解，但该方法所适用的电磁装置构型有限。随着电磁装置构型复杂度的增加，通常采用电磁场计算软件进行数值求解，其精度取决于有限元网格划分的形状和密度以及边界条件的处理，对于具有复杂边界条件的电磁装置，电磁场计算效率不高。不论是解析确定还是数值计算确定方法，由于电磁装置构型的复杂性，往往都需要通过实验测量对理论模型或数值计算进行检验或修正。此外，实际加工过程中电磁装置的几何尺寸和材料参数与设计值相比存在误差，因此对电磁力和电磁力矩进行实验测量是很必要的。

目前已有电磁力和电磁力矩的测量一般为单自由度的，且动态变化范围较窄。故针对电磁装置的三自由度大范围动态变化，亟需设计一种相应的电磁力和电磁力矩的精确测量装置及方法。

发明内容

本发明提供了一种用于电磁力或者电磁力矩的测量装置及方法，以解决现有的电磁装置通电所产生的电磁力/电磁力矩的测量维数、测量范围不足以及缺乏动态测量手段的技术问题。

一种用于电磁力或者电磁力矩的测量装置，包括：

用于安装第一电磁装置的第一支撑平台及用于安装第二电磁装置的第二支撑平台；

用于给第一电磁装置提供电流的第一电流源和用于给第二电磁装置提供电流的第二电流源；其中，

第一支撑平台设有驱动机构，驱动机构用于驱动第一电磁装置活动，以调节第一电磁装置与第二电磁装置间的相对位置及姿态；

第二支撑平台上设有用于检测第一电磁装置与第二电磁装置间的电磁力或者电磁力矩的传感器。

进一步地，第一支撑平台包括：

用于安装第一电磁装置的支撑部件，

用于驱动支撑部件周向旋转的第一驱动机构；

用于驱动支撑部件沿所在平面横向移动的第二驱动机构；

用于驱动支撑部件沿所在平面纵向移动的第三驱动机构。

进一步地，装置还包括处理器，处理器经控制器与驱动机构电连接，以控制驱动机构动作。

进一步地，处理器与第一电流源和第二电流源电连接，以控制第一电流源、第二电流源的输出电流值。

进一步地，第一电磁装置和第二电磁装置包括至少一组电磁线圈；

第一电流源和第二电流源均包括恒流源及多通道电流功率放大器，多通道电流功率放大器的调节端与处理器连接，接收处理器的指令调节恒流源输出一路或者多路电流。

进一步地，传感器为用于检测电磁力的力传感器或者检测电磁力矩的力矩传感器，传感器与处理器通信连接，以传递检测数据给处理器。

根据本发明的另一方面，还提供一种用于电磁力或者电磁力矩测量的方法，采用上述的装置，该方法包括：

调节第一电磁装置与第二电磁装置间的相对位置及姿态，其中，第一电磁装置可在二维平面上平动及旋转，第二电磁装置固定；

调节第一电磁装置及第二电磁装置上电磁线圈的输入电流值；

检测第一电磁装置与第二电磁装置间的电磁力或者电磁力矩值。

进一步地，通过处理器调节第一电磁装置与第二电磁装置间的相对位置及姿态；

且通过处理器调节第一电磁装置及第二电磁装置上电磁线圈的输入电流；

采用传感器检测第一电磁装置与第二电磁装置间的电磁力或者电磁力矩值，且传感器将检测数据传递给处理器。

进一步地，处理器通过预设程序控制第一电磁装置与第二电磁装置间的相对位置及姿态，并经预设程序或者外界输入的控制信号实时调整第一电磁装置及第二电磁装置上电磁线圈的输入电流。

进一步地，传感器的灵敏度根据待测量的电磁力或者电磁力矩的变化范围相应选取。

本发明具有以下有益效果：