[实用新型]正交自标定分支双球解耦六维测力平台

说明书

技术领域

本实用新型属于传感器领域，特别涉及一种正交自标定分支双球解耦六维测力平台。

背景技术

传感器是一种能把物理量、化学量、生物量等特定的被测量信息，按照一定规律转化成某些可用信号并输出的器件或装置。它是一个知识密集、技术密集、跨学科的独立机电一体化系统，同时又成为其它机电一体化系统的重要组成部分。因此，力传感器作为测量力学信号的基本单元在航空航天、机器人、生物力学等领域应用最广泛，而由于六维力传感器可以同时测量在笛卡尔坐标系中描述的六个力/力矩分量成为当前高技术领域最主要的力传感器。在六维力传感器的研制中，弹性体的结构因决定了多维力传感器的优劣而成为研究的核心问题。目前国内外发展相对比较成熟的微型、小量程多维力传感器，其弹性体结构多采用一体式结构，具有无关节摩擦和间隙、线性度好、重复性高以及滞后小的优点。但由于刚度低、维间耦合大、结构复杂、加工工艺性差等缺点导致其不适用于作为重载大型多维力传感器的弹性体结构。并联机构刚度大、力映射关系简明，是作为重载大型多维力传感器弹性体结构的理想选择。但由于存在关节摩擦和间隙，基于传统并联机构的大型多维力传感器普遍存在各向异性显著、维间耦合大、测量稳定性差等缺点。可以看出，基于传统并联机构的弹性体结构并不能满足研制重载大型多维力传感器的要求。重载多维力传感器由于维间耦合导致测力精度较低，适用性较差，限制了其在高精尖技术领域的应用。要抑制多维力传感器的维间耦合需设计传感器的结构，从源头上实现机械解耦。专利ZL200810055347.0公开了一种整体预紧双层上下非对称七杆并联结构六维力传感器，采用了锥头式球面副，具有刚度高、测量精度高等优点，但是采用锥头式球面副使得传感器测力分支只能承受压力，且需在底盘上方布置相同测力分支以便传感器可测量六维力。专利ZL99102526.1公开了一种整体预紧平台式六维力传感器，其分支也采用圆锥式球副，测力分支只能承受压力，因此在传统Stewart平台机构上、下平台间增设了预紧支路，同时增大了传感器刚度，但结构较为复杂，且预紧支路会对其它测量方向有耦合作用影响精度。专利ZL200910075789.6公开了一种过约束大量程并联六维测力平台，结构简单，测量精度高，适用于大量程测量场合，测力分支可承受拉力与压力，但是采用了传统球铰，关节间摩擦较大，影响测力平台的测量精度。专利ZL201310606316.0公开了一种机械解耦重载并联六维测力平台，具有测量精度高、量程大等优点，分支中采用了钢球结构，减小了关节摩擦耦合，但是测力分支只能承受压力，需要在测力台上方另外增设相应分支使得传感器可测量六维力，使得结构复杂，安装较困难难以保证上下分支钢球同心而影响测力平台精度。专利ZL201510433218.0公开了一种随路面的整车式动态汽车衡，可广泛应用于动态称重领域。专利ZL201410213086.6公开了一种汽车衡，秤台设置为分开式的并可拆卸，节省材料，方便运输，减少了自重。专利ZL201210085300.5公开一种汽车衡，结构新颖，具有在耗费同样多的钢材的前提下，提高秤体横向强度等优点。汽车衡称重结构中汽车衡测量分支也都采用了钢球结构使钢球与传感器接触，采用钢球使得测力分支关节摩擦解耦，但是测力分支只能承受拉力，可以满足汽车衡称重需求但是不能测量六维力，不能应用于六维力测量场合。

发明内容

针对现有多维力传感器存在耦合及其解耦技术复杂等不足，提供了一种关节摩擦耦合小，测量精度高，输入输出关系明确、安装方便、适合大测力面大量程重载测量场合的六维力测力平台。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

本实用新型包括上平台、下平台、连接上下平台的双球解耦垂向测力分支和双球解耦水平测力分支；双球解耦垂向测力分支和双球解耦水平测力分支的数量分别为3-36个，两种分支数量相等，均布在上平台和下平台之间。