[发明专利]一种六维力传感器标定装置及其标定的方法

说明书

本发明提出一种六维力传感器标定装置，所述六维力传感器包括传感器弹性体，所述传感器弹性体的中心设置有受力孔；所述六维力传感器标定装置包括机架、转动机构、受力装置、第一加载装置、第二加载装置、第三加载装置和控制系统。本发明通过对六维力传感器弹性体两端同步加载，实现了各个维度的力/力矩输入输出的准确测定；采用固定力源、移动待标定传感器的方式，仅使用五个力源，仅对旋转平台进行一次移动，即可完成整个标定；旋转平台电动旋转，自动限位，加载装置与受力轴可同步旋转，降低了人工操作的难度，避免了人为误差，标定的重复性好；采用弹簧作为蓄力元件，避免了电机转动的不稳定性误差，并且实现了加载和卸载过程的同步标定。

技术领域

本发明涉及力传感器标定领域，特别是涉及一种六维力传感器标定装置及其标定的方法。

背景技术

六维力传感器作为多维力传感器的最完整形态，能够同时检测空间任意坐标系的三维力分量（Fx, Fy, Fz）和三维力矩分量（Mx, My, Mz），广泛应用于航空航天、机械制造与装配、医学工程、汽车行业、体育竞技等各个领域。对设计和加工完成的传感器进行标定，确定其各个维度的输入输出关系，进而进行求解计算，是传感器研制过程中的重要环节，直接影响着传感器的测量精度。六维力传感器由于维度较多，维间耦合影响较大，因而难以使用传统单维力传感器的标定装置和标定方法进行标定。因此，对六维力传感器的标定装置及标定方法进行研究和设计具有非常重要的应用价值。

目前多维力传感器的标定装置主要有砝码加载式、龙门式和减速机式等。中国专利公开号CN103604561A公开了一种砝码加载式标定装置，通过砝码和滑轮组对传感器进行标定试验，具有力值稳定的优点，但不能进行自动标定，工作量大，且容易引入人为操作误差。中国专利公开号CN103196629A公开了一种利用减速机和高精度单维力传感器进行标定的装置，通过光栅控制移动的位移和角度，进而实现传感器各个方向的自动标定，但不能实现力矩的单独加载。中国专利公开号CN103616128A公开了一种以伺服电机与弹簧组合作为加载单元的标定装置，可以实现多个维度间的单独和组合标定，但加载单元数量极大，操作复杂，且同样不能实现所有方向上的力和力矩的完全分离。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种六维力传感器标定装置及其标定的方法，自动化精确定位和精确加载，六个维度的力和力矩分离标定，标定精度高，操作简易。

技术方案：本发明提出一种六维力传感器标定装置，所述六维力传感器包括传感器弹性体，所述传感器弹性体的中心设置有受力孔；所述六维力传感器标定装置包括机架、转动机构、受力装置、第一加载装置、第二加载装置、第三加载装置和控制系统；

所述机架包括支撑平台、支撑腿和固定在支撑平台上的门式支架；

所述转动机构包括设置在支撑平台上方的旋转平台，所述旋转平台的旋转中心位于门式支架横梁中点的正下方，并且旋转平台的旋转中心处设置有用于固定传感器弹性体的安装孔；

所述受力装置包括穿过固定在受力孔内的受力轴，并且受力轴的中点位于受力孔中心处；

所述第一加载装置包括可产生左右向力的第一驱动机构、第一施力臂和用于测量第一驱动机构左右向力的第一力传感器；所述第一驱动机构固定在门式支架左侧立柱且位于支撑平台上方；所述第一施力臂的左端连接在第一驱动机构输出端，右端与所述受力轴上端连接，向受力轴施加左右向力；

所述第二加载装置与第一加载装置沿受力轴的中点对称布置；第二加载装置包括可产生左右向力的第二驱动机构、第二施力臂和用于测量第二驱动机构左右向力的第二力传感器；所述第二驱动机构固定在门式支架右侧立柱且位于支撑平台下方；所述第二施力臂的右端连接在第二驱动机构输出端，左端与所述受力轴下端连接，向受力轴施加左右向力；