空间大跨度绳牵并联六维测力平台的制作方法
【专利摘要】一种空间大跨度绳牵并联六维测力平台，其包括固定支柱、测力板和8条以上绳索测力支链，固定支柱通过螺栓固定在地面上，测力板和固定支柱通过若干条绳索测力支链相连接，每个固定支柱的上下均设有吊耳，测力板的上下表面上分别设有与固定支柱数量相等的吊耳，每条绳索测力支链均由拉力传感器、两段绳索和拉钩组成，设在支链中部的拉力传感器通过螺纹与两段绳索连接，在两段绳索的两端即绳索测力支链的两端分别设有拉钩，通过绳索测力支链两端的拉钩分别与测力板上下表面上的吊耳及固定支柱上的吊耳相连接。本发明结构简单，通过绳牵并联机构实现空间大跨度六维力测量，维间耦合小，特别适用于大结构体空间大吨位六维力测量。
【专利说明】空间大跨度绳牵并联六维测力平台
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种六维力传感器领域，特别涉及一种绳牵式并联六维测力平台。
【背景技术】
[0002]六维力传感器能够测量空间三维力和力矩的大小，在测力信息要求丰富、测力精度要求高的场合如零力示教、轮廓跟踪、双手协调、精密柔性装配、多指灵巧手、机器人力反馈等领域有着广泛的应用前景。近年来，随着航空航天领域的快速发展，能在空间大跨度区域实现对大结构体空间多维力测量的测力装置已成为目前该领域急需的高科技产品之一。这种测力装置通常称为重载六维测力平台，在推力矢量测试、飞行试验和风洞实验、空间对接等航空航天领域有着重要的应用。
[0003]在多维力传感器领域，目前相关产品多为较小量程，且测量空间也较小的的小型多维力传感器。多维力传感器研制的关键是力敏感元件结构的设计，为此人们已提出了一些实现方案，例如，中国专利ZL200810025591.2公开了一种正交串联线弹性体式六维力传感器结构，具有结构简单易于微型化等优点；中国专利ZL99102421.4公开了一种并联解耦结构六维力与力矩传感器，其具有刚度高、结构紧凑等优点，但受到弹性铰链的结构及强度限制，难以实现大量程多维力测量的要求。中国专利CN200810054666、CN200810054640分别公开了具有弹性铰的并联六维力测力平台，由六组各含有两个对称整体式弹性铰链一次性加工后组合而成，具有结构简单、加工方便、易于分析建模及性能稳定的特点，适用于中小载荷的六维力测量，但对于大载荷的测量存在维间耦合较大问题。
[0004]专利ZL99102526.1，ZL200710061531.1，ZL200710061521.8 分别公开了可预紧的并联结构为弹性体的六维力传感器，采用球窝锥头式球面副代替传统球铰，通过中间支路或预紧平台进行整体预紧，该六维力传感器结构消除了球面副的间隙，降低了各球面副的摩擦力矩，具有便于预紧等优点，但测量载荷量程受到所加预紧力的限制，因此难以应用于大载荷六维力传感器结构上。因此到目前为止，高精度、大吨位多维力测量的力敏元件仍是急待解决的关键问题之一，特别是在空间大跨度区域实现对大结构体进行空间六维力测量的平台没有可行的技术方案。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种结构简单，维间耦合小，特别适用于大结构体空间大吨位六维力测量的空间大跨度绳牵并联六维测力平台。
[0006]本发明主要由测力板、四个固定支柱以及8条以上的绳索测力支链组成。固定支柱通过螺栓固定在地面上，测力板和固定支柱通过若干条绳索测力支链相连接。其中，每个固定支柱的上下均设有吊耳，测力板的上下表面上分别设有与固定支柱数量相等的吊耳，每条绳索测力支链均由拉力传感器、两段绳索和拉钩组成，设在支链中部的拉力传感器通过螺纹与两段绳索连接，在两段绳索的两端即绳索测力支链的两端分别设有拉钩，通过绳索测力支链两端的拉钩分别与测力板上下表面上的吊耳及固定支柱上的吊耳相连接。[0007]分布在测力板周围的绳索测力支链的数量可根据测量载荷的增大而相应增多，从而提高测力平台的刚度，增大量程范围，实现空间大跨度大结构体六维力测量。
[0008]绳索测力支链一端的拉钩与测力板上的吊耳所形成的连接构成S副，绳索测力支链另一端的拉钩与固定支柱上的吊耳所组成的连接形成S副，拉力传感器相当于移动副，因此，绳索测力支链为SPS结构。绳索测力支链中心线为绳索拉直时的方向，其中S表示球铰，P表示移动副，对应着拉力传感器。
[0009]本发明与现有技术相比具有如下优点:
[0010](I)将绳牵机构引入空间多维力测量，实现了在空间大跨度对大结构体的空间多维力测量；
[0011](2)绳索测力支链的采用，降低了测力支链间耦合；
[0012](3)采用不少于8条的绳索测力支链连接构成，实质为一空间过约束并联机构，具有较大的结构刚度，可通过增加绳索测力支链的数量进一步提高测量量程，便于实现空间多维大吨位力测量；
[0013](4)对多绳索测力支链输出冗余测量信息的观测，提高其测量精度；
[0014](5)结构简单，装配调试方便，维间耦合小，大结构体空间大吨位六维力测量。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本发明的立体示意简图。
[0016]图2为本发明的应用示意图。
[0017]图3为本发明固定支柱结构示意图。
[0018]图4为本发明测力板结构示意简图。
[0019]图5为本发明绳索测力支链结构示意简图。
【具体实施方式】
[0020]在图1所示的空间大跨度绳牵并联六维测力平台示意图中，四个固定支柱5通过螺栓固定在地面上，测力板8和固定支柱通过若干条绳索测力支链相连接。其中，如图3所示，每个固定支柱的上下均设有吊耳6 ;如图4所示，测力板的上下表面上分别设有四个吊耳6 ;如图5所示，每条绳索测力支链中设在支链中部的拉力传感器3通过螺纹与两段绳索2连接，在两段绳索的两端即绳索测力支链的两端分别设有拉钩1，通过绳索测力支链两端的拉钩分别与测力板上下表面上的吊耳及固定支柱上的吊耳相连接。
[0021 ] 如图2所示，被测结构体4将其所受的力传至测力板，测力板所受力传至各连接绳索测力支链，根据所测量的各个绳索测力支链中的拉力传感器所受的力，经换算可得到被测结构体在空间中所受的六维力的大小及方向。
【权利要求】
1.一种空间大跨度绳牵并联六维测力平台，包括固定支柱、测力板和8条以上绳索测力支链，其特征在于:固定支柱通过螺栓固定在地面上，测力板和固定支柱通过若干条绳索测力支链相连接，每个固定支柱的上下均设有吊耳，测力板的上下表面上分别设有与固定支柱数量相等的吊耳，每条绳索测力支链均由拉力传感器、两段绳索和拉钩组成，设在支链中部的拉力传感器通过螺纹与两段绳索连接，在两段绳索的两端即绳索测力支链的两端分别设有拉钩，通过绳索测力支链两端的拉钩分别与测力板上下表面上的吊耳及固定支柱上的吊耳相连接。
2.根据权利要求1所述的空间大跨度绳牵并联六维测力平台，其特征在于:所述的绳索测力支链数量可根据被测载荷增大而相应增多。
【文档编号】G01L5/00GK103728072SQ201310674275
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年12月12日 优先权日:2013年12月12日
【发明者】赵延治, 鲁超, 吴询 申请人:燕山大学