[发明专利]多维力传感器的校准方法

摘要

本发明公开了一种多维力传感器，包括外圈结构、内圈结构、弹性柱、应变片和保护器；所述外圈结构为圆环形，内圈结构与外圈结构之间通过至少三个弹性柱连接，每个弹性柱的两端分别连接外圈结构和内圈结构；所述内圈结构与弹性柱接触的区域设置有长槽，每个长槽在内圈结构的表面形成一个边缘支撑的架空平板，弹性柱连接在架空平板上；保护器安装在外圈结构上，保护器与内圈结构之间留有间隙；每个弹性柱的侧面粘贴有应变片。本发明通过合理设计架空平板的厚度以及采用合适的材料可以使得架空平板在承受载荷时产生合理的形变，在载荷过大的情况下，内圈结构与保护器接触，超额的载荷由保护器直接承受，而不会传导至弹性柱上，起到保护作用。

主权项

1.一种多维力传感器的校准方法，其特征在于：所述多维力传感器包括外圈结构、内圈结构、弹性柱、应变片和保护器；所述外圈结构为圆环形，内圈结构与外圈结构之间通过三个弹性柱连接，每个弹性柱的两端分别连接外圈结构和内圈结构，所有弹性柱围绕外圈结构的中轴线均匀布置；所述内圈结构与弹性柱接触的区域设置有长槽，每个长槽在内圈结构的表面形成一个边缘支撑的架空平板，弹性柱连接在架空平板上；保护器安装在外圈结构上，保护器与内圈结构之间留有间隙；每个弹性柱的侧面粘贴有应变片；所述校准方法包括如下步骤：步骤(1)：在内圈结构上连接标准质量块，在标准质量块或者内圈结构上安装陀螺仪和加速度计，将外圈结构连接在机械臂上；所述标准质量块的质量为M0，所述标准质量块的质心坐标为R＝{Rx,Ry,Rz}，所述质心坐标R的坐标系采用的是多维力传感器的内部坐标系；步骤(2)：使用机械臂控制多维力传感器及与之连接的质量块缓慢旋转，在缓慢旋转的过程中同步调整多维力传感器的中轴线指向空间的不同方向，在此过程中动态采集应变片、加速度计和陀螺仪的输出；步骤(3)：根据公式M0gT(R)＝VT6*6‑Fbias计算多维力传感器的内置参数Fbias和T6*6；其中g：加速度计输出的当前传感器的加速度{gx,gy,gz}；T(R)：大地坐标系对传感器内部坐标系的转换矩阵V：应变片的输出电压{V1,V2,V3,V4,V5,V6}；应变片的输出电压是指粘贴在弹性柱相对的两个侧面的应变片之间的电压；T6*6是电信号转化为负载力的转换矩阵T6*6＝{TFx；TFy；TFz；TMx；TMy；TMz}；Fbias是传感器负载力的各个分量的偏置值Fbias＝{Fxbias,Fybias,Fzbias,Mxbias,Mybias,Mzbias}。