[发明专利]六维力传感器标定装置及其加载单元

说明书

技术领域

本发明属于传感器标定技术领域，具体而言，本发明特别涉及一种大量程的六维力传感器标定装置及其加载单元。

背景技术

六维力传感器可以同时检测物体在三维空间中各个方向上所受的力和力矩的状况，从而确定该物体的受力状态。由于六维力传感器具有测力信息丰富、测量精度高的特点，使其广泛应用于机器人、生物医学、汽车制造、航空航天等领域。近年来，随着上述领域内各项技术的飞速发展，大量程六维力传感器的使用量也迅速增加，对传感器的精度要求也越来越高。

传感器标定装置是检验传感器性能的重要仪器，任何传感器只有经过标定才能正常使用，经过标定得到的传感器精度是传感器的重要性能指标之一。对于六维力传感器而言，由于受电阻应变计的原理所限，传感器六个分量的输出之间会有相互影响，所以设计一种能同时对六个分量进行任意组合加载的标定装置对确定六维力传感器的耦合关系非常重要，直接影响六维力传感器的测量精度。

目前，行业内普遍使用的六维力标定装置主要采用滑轮导向，砝码加载的方式。这种加载方式具有精度高的特点，但受人力加载所限，仅适用于小量程的六维力传感器。

在现有的各种六维力传感器标定装置中，公开号为CN100337105和公开号为CN101226095的两项专利及专利申请公开两种标定装置。分析二者及其他标定装置发现，目前的标定装置存在多处不足之处：

a）现有的标定装置多数通过滑轮调整载荷传递绳索与水平面之间的角度来改变载荷施加的方向，中间环节过多，角度的测量误差及滑轮与绳索之间的摩擦力都会影响加载精度。

b）部分标定装置采用测力环加载或者千斤顶加载，这两种加载方式对被测传感器施加的是压向载荷，在压头部位由于摩擦力的存在会产生不可测量的侧向力，影响测量精度。

c）在标定大量程六维力传感器时，现有的标定装置采用大速比减速机或者千斤顶手动进行加载，这两种方式加载的载荷不够稳定，且均不能现同时对六个分量实施任意组合的同时加载。受加载方式的限值，这两种方式卸载时只能一次性卸载到零点，无法进行回程的卸载标定。

发明内容

本发明的目的在于提供一种六维力传感器标定装置及其加载单元，以解决现有技术存在的加载精度有待提高、不易实现任意组合加载的问题。

为了解决上述问题，本发明提供一种用于六维力传感器标定装置的加载单元，其技术方案为：

一种用于六维力传感器标定装置的加载单元，其包括：伺服电机，用于根据控制指令在其输出轴输出旋转运动；传动机构，输入端与所述伺服电机的输出轴连接，用于将所述伺服电机输出的旋转运动转化为直线运动；标准力传感器，设于所述传动机构的输出端，用于检测所述伺服电机所加载荷；拉杆，第一端和所述标准力传感器连接，第二端伸入一套筒内部并沿着所述套筒的长度方向延伸；弹簧，位于所述套筒内，并套设于所述拉杆上，所述弹簧的第一端限定在所述套筒第一端内部，所述拉杆的第二端与所述弹簧的第二端连接。

优选地，在上述加载单元中，还包括：第一关节轴承，连接于所述标准力传感器和拉杆的第一端之间；第二关节轴承，连接于所述套筒的第二端，用于和六维力传感器标定装置的加载件连接。

优选地，在上述加载单元中，还包括：推力球轴承，设于所述拉杆和弹簧的第二杆，所述拉杆的第二端通过所述推力球轴承与所述弹簧的第二端连接，以减少摩擦。

优选地，在上述加载单元中，所述传动机构为丝杠减速机，所述伺服电机输出的旋转运动由所述丝杠减速机转换为丝杠沿坐标系的直线运动。

为了解决上述问题，本发明提供一种用于六维力传感器标定装置，其技术方案为：

一种六维力传感器标定装置，包括用于对六维力传感器的六个维度施加载荷的加载单元、用于固定六维力传感器的转接组件，其中，所述加载单元为上述任一所述的加载单元，所述加载单元的所述套筒第二端与所述转接组件连接；所述加载单元为十八个，其中，各通过一个所述加载单元控制六维力传感器的Fx、Fy、Fz三个方向的正、负向加载，各通过两个所述加载单元控制六维力传感器的Mx、My、Mz三个方向的正、负向加载。

优选地，在上述六维力传感器标定装置中，所述转接组件包括加载板、转接板，所述加载板和转接板分别用于和六维力传感器的两端固定，所述加载板与所述加载单元的所述套筒第二端相连。

优选地，在上述六维力传感器标定装置中，还包括：标定台面，呈箱形结构；所述转接组件位于所述标定台面内部，十八个所述加载单元设于所述标定台面的六个侧面。