[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（F_x、F_y、F_z）和三维力矩信息（M_x、M_y、M_z）。六维力传感器的在航空航天、机器人技术等领域都有广泛的应用，如飞轮传动系统的受力监控、月球车着陆试验、飞行器低冲击对接、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极其重要的作用，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，具有广泛的应用前景。

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主要有砝码加载滑轮式、砝码加载回转台式、龙门式、四千斤顶式的标定装置等。中国专利公开号CN102749168A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使用较为普遍，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和标定，但不能实现各维力/力矩分量的单独加载，且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。中国专利公开号CN101226095A公开了一种四千斤顶式六维力传感器标定装置，由于加载装置为液压缸或千斤顶，体积大、量程高、质量大、标定精度不高，仅适用于大型及大吨位的六维力传感器的标定，不能标定中小型或中小量程的六维力传感器，且试验操作非常复杂，标定试验效率低。中国专利公开号CN202216801U公开了一种双力源六维力传感器标定装置，可以对六维力传感器进行连续的动、静态标定，操作简便，但是双力源易产生不同步误差，从而影响标定精度。

综上所述，现有的六维力传感器标定装置普遍存在标定力和力矩精度不高、操作复杂且不能自动控制的问题。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种高精确定位、精确加载、自动控制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﹑加载机构、定位机构和电气控制系统，所述的机架由基座和门式刚性框架组成；

所述的加载机构包括伺服电机A、减速器、齿轮A、齿轮B、齿轮C、齿轮D、齿轮E、两个滚珠丝杠、两个滚珠丝杠螺母、活动横梁、标准单维力传感器和加载头，伺服电机A的输出轴与减速器的输入轴刚性连接，减速器的输出轴与齿轮A的中心刚性连接，齿轮A的一侧与齿轮B啮合、齿轮A的另一侧与齿轮C啮合，齿轮B同时与齿轮E啮合，齿轮C同时与齿轮D啮合，五个相互啮合的齿轮中心位于同一条直线上，齿轮E中心孔与滚珠丝杠下端刚性连接，滚珠丝杠上端通过轴承以双推支承式的支撑形式连接到门式刚性框架上，滚珠丝杠螺母固定连接到活动横梁上端，滚珠丝杠螺母与滚珠丝杠螺纹配合，滚珠丝杠通过滚珠丝杠螺母带动活动横梁上下往复移动，活动横梁下端依次顺序刚性连接标准单维力传感器和加载头；

所述的定位机构包括小U型架、大U型架、360度蜗轮蜗杆传动机构A、360度蜗轮蜗杆传动机构B、圆光栅A、圆光栅B、伺服电机D、伺服电机E、固定板、转接板、加载板、固定法兰A、固定法兰B和精密十字滑台机构，大U型架固定连接在工作台上，小U型架通过固定法兰A、固定法兰B固定连接到大U型架内侧，小U型架与大U型架形成一个回转副，固定法兰A刚性连接360度蜗轮蜗杆传动机构B的输出轴，圆光栅B固定连接在360度蜗轮蜗杆传动机构B输出轴上，伺服电机D刚性连接到360度蜗轮蜗杆传动机构B输入轴上，360度蜗轮蜗杆传动机构A固定连接在小U型架内部，圆光栅A固定连接在360度蜗轮蜗杆传动机构A输出轴上，伺服电机E刚性连接到360度蜗轮蜗杆传动机构A输入轴上，固定板固定连接在360度蜗轮蜗杆传动机构A输出轴上，转接板固定连接到固定板上；