[发明专利]一种具有过载保护装置的毫-微牛级二维力微动测试系统

说明书

本发明公开了一种具有过载保护装置的毫微‑牛级二维力微动测试系统，包括测试平台组件、水平滚珠丝杠组件、水平测力传感器组件、竖直滚珠丝杠组件以及连接在竖直滚珠丝杠组件上的竖直测力传感器组件；水平测力传感器组件设置有水平过载保护结构，竖直测力传感器组件设置有竖直过载保护结构。本发明能够测试仿生原型产生的毫‑微牛级法向力、附着力、摩擦力、刺透力、剪切力等，同时能够在测试量程、测试精度、测试准确性等方面满足测试要求。该测试平台及附属机械机构为了防止平行双簧片悬臂梁超过其形变范围设计了过载保护装置，同时平行双簧片悬臂梁作为单独的装置，更换方便，提高了装置的使用性和灵活性。

技术领域

本发明属于力学测试技术，尤其涉及一种应用于机械仿生学领域中对仿生原型产生的小量程、高精度的力的测试，测试精度达微牛级的二维力微动测试系统及使用方法。

背景技术

机械化滑移捕集治理致灾农业昆虫技术研究过程中，需要仿生制备具有良好滑移功能的捕集滑板，实现被诱集致灾农业昆虫的滑移捕获。对于捕集滑板的仿生研制，需要测试飞蛾、蚂蚁、蝗虫、甲虫等昆虫在仿生原型、捕集滑板等表面的附着力、摩擦力，以及需要测试昆虫附着系统的剪切力、断裂力、刺透力等，为仿生原型优选、捕集滑板滑移功能量化表征提供依据。因此，需要开发一种微力测试系统，专门用于测试仿生原型产生的毫-微牛级力。

中国专利CN100458388C公开了二维小量程力传感器，能够同时测量水平方向和垂直方向上的力，采用“井”型孔结构，很好的结合传感器的制造工艺，其弹性体整体刚度高、安全性和可靠性高。但由于该传感器的法向力、切向力的分辨力均是2 mN，量程范围为0~5N，比较适合壁虎等体型较大动物脚掌产生的力，对于甲虫、蚂蚁等体型较小昆虫所产生的力，该传感器在精度方面并不能满足需求。中国专利CN100412521C和CN100593697C公开了量程为0~1.5 N的三维力传感器，具有结构简单、灵敏度高等优点，能够测量蜘蛛、壁虎爬行时的接触力。该三维力传感器的分辨力为1 mN，对于飞蛾、蚂蚁等较小昆虫产生的力，测试量程与测试精度仍旧不能满足要求。

文献“蝗虫在捕集滑板上的附着力测试”[王立新，农业机械学报，2010，41(12):195-198]、“基于猪笼草叶笼滑移区仿生的蝗虫滑移捕集滑板功效测试”[王立新，农业机械学报, 2011, 42(5): 222-225]、“Role of claws and pads in locust Locustamigratoria manilensis attaching to substrates”[Wang Lixin，Chinese ScienceBulletin，2011，56: 789-795]和“Friction force of locust Locusta migratoriamanilensis (Orthoptera, Locustidae) on slippery zones surface of pitchersfrom four Nepenthes species”[Wang Lixin，2011，Tribology Letters, 2011, 44:345-353]提及的测力系统，测试量程为0~3 N，测试精度1 mN，能够满足蝗虫等较大昆虫在测力表面产生的力的测量，对于蚂蚁、飞蛾等体型较小昆虫所产生的力，该测力系统并不能够完全满足测试的需求。此外，该系统的测试平台及附属机械结构过于简单，在测试体型较小昆虫的附着力、摩擦力，以及测试附着系统的剪切力时，容易引入人为操作误差，明显影响测试准确性。中国专利CN103308232B公开了一种昆虫微力测量装置，其量程为0~3 N，分辨力为0.5 mN，在测试量程、测试精度、测试准确性等方面能够同时满足昆虫在材料表面产生的附着力、摩擦力、牵引力的测试需求，以及能够满足昆虫附着系统的剪切力、断裂力的测试需求，但是该测力装置只能测试一维力，不能完成法向力、摩擦力的同时测量。