专利名称：一种无耦合六维力传感器的组合式标定装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种组合式六维力传感器的标定装置，属于传感器标定技术领域。
背景技术：
六维力传感器，属于力传感器的一种，广泛应用于工业机器人、仿人机器人等领域。其最大特点是能够同时检测六个方向的载荷，即空间笛卡尔坐标系中沿三个坐标轴方向的力以及绕三个轴的力矩。为实现仿人机器人实现稳定步行，需要实时检测足部受力状态。已公布专利“一种安全型无力耦合六维力传感器”(申请号201110142847.X)中提出一种无耦合、安全型六维力传感器，用于仿人机器人脚部以实现仿人机器人的稳定步行。本发明涉及的标定装置及标定方法，为该六维力传感器的标定装置及标定方法。所谓标定，就是对传感器施加一定的载荷，查看传感器的输出，与输入相比较，从 而实际检测出传感器的精度、灵敏度等指标。力传感器由于制造、装配、贴片误差，以及电路中量化误差、干扰等因素影响，其输入输出关系与理论计算有一定的偏差，需通过标定实验来检测力传感器的实际性能指标。目前，一维力或力矩传感器通常使用悬挂标准砝码来标定，这种方式简便易行、精度较高，但是这种方式只能施加单方向载荷。对于六维力传感器，需要进行六个方向的标定实验。目前，六维力传感器标定装置有如下几种形式(I)在标定装置框架不同位置安放液压缸以实现不同方向载荷的施加(大型多维力传感器标定加载台，申请号201010103946.2) ； (2)在标定装置不同位置安放滑轮以实现不同方向载荷的施加(一种六维力传感器标定装置及其标定方法，申请号201010246488.8) ； (3)通过成对布置力源以实现多方向载荷输出(一种双力源六维力传感器标定装置，申请号201120284809. 3)。这些已公布专利能够输出六个方向的载荷，可以对六维力传感器进行标定实验。但是，这些已公布专利所涉及的六维力传感器标定装置也存在着体积较大、装配调试困难等缺点。
发明内容
本发明目的在于提供一种无耦合六维力传感器的组合式标定装置，以解决现有的六维力传感器标定装置存在体积较大、装配调试困难的问题。本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是本发明所述的无耦合六维力传感器的组合式标定装置包括Fz方向标定装置；Fx、Fy方向标定装置；Mz方向标定装置；Mx、My方向标定装置；Fz方向标定装置包括底板、压条、力转接盘、支撑座一、加载杆一、下压板、轴承座、杠杆、上压板、轴承端盖、钢丝绳、法码和芯轴；底板的上端面上固定有支撑座一，支撑座一的前后两端分别安装有轴承座，芯轴的两端通过轴承一、轴承二安装在相应的轴承座上，轴承一、轴承二上分别设有轴承端盖，杠杆与芯轴垂直设置，杠杆的一端安装在芯轴上，法码通过钢丝绳与杠杆的另一端下侧壁连接，杠杆上带有刻度；下压板通过上压板安装在杠杆上，加载杆一的上端与下压板的下端连接，下压板、上压板和加载杆一三者连接在一起并可同时沿杠杆移动，压条用于将六维力传感器本体水平固定底板上，力转接盘与六维力传感器本体相连接，力转接盘与底板平行设置，加载杆一的下端为球形结构并与力转接盘上表面几何中心处的球窝接触；Fx,Fy方向标定装置包括底板、支撑板、力转接盘、支撑座二、加载杆二、下压板、轴承座、杠杆、上压板、轴承端盖、钢丝绳、法码和芯轴；底板的上端面上固定有支撑座二，撑座二的前后两端分别安装有轴承座，芯轴的两端通过轴承一、轴承二安装在相应的轴承座上，轴承一、轴承二上分别设有轴承端盖，杠杆与芯轴垂直设置，杠杆的一端安装在芯轴上，法码通过钢丝绳与杠杆的另一端下侧壁连接，杠杆上带有刻度；下压板通过上压板安装在杠杆上，加载杆二的上端与下压板的下端连接，下压板、上压板和加载杆二三者连接在一起并可同时沿杠杆移动，支撑板立在底板的上端面上并与底板固定，支撑板用于将六维力传感器本体垂直固定底板上，力转接盘与六维力传感器本体相连接，力转接盘与底板垂直设置，加载杆二的下端为球形结构并与力转接盘上的一侧面几何中心处的球窝接触，或与力转接盘上的另一侧面几何中心处的球窝接触；力转接盘上的一侧面和力转接盘上的另一侧面相互垂直；
Mz方向标定装置包括底板、压条、力矩转接盘、加载横条二、加载滑轮组件、立柱、导向滑轮组件、钢丝绳和砝码；压条用于将六维力传感器本体水平固定底板上，六维力传感器本体的上端连接力矩转接盘，加载横条二位于力矩转接盘的上方且二者平行设置，力矩转接盘与加载横条二下表面固接，加载横条二的左右两端分别布置载滑轮组件，底板的上端面的两对角处各定有立柱，位于前方的立柱的中部布置有导向滑轮组件，位于后方的立柱的中部也布置有导向滑轮组件，钢丝绳的一端悬挂砝码，钢丝绳依次绕过位于前方的立柱上的导向滑轮组件上的滑轮、位于加载横条二左端的加载滑轮组件上的滑轮、位于加载横条二右端的加载滑轮组件上的滑轮、位于后方的立柱上的导向滑轮组件上的滑轮，钢丝绳另一固定在底板上；加载滑轮组件上的滑轮的轴线与导向滑轮组件上的滑轮的轴线垂直设置；Mx、My方向标定装置包括底板、压条、力矩转接盘、加载横条一、加载滑轮组件、立柱、导向滑轮组件、钢丝绳和砝码；压条用于将六维力传感器本体水平固定底板上，六维力传感器本体的上端连接力矩转接盘，加载横条一位于力矩转接盘的上方且二者垂直设置，力矩转接盘与加载横条一的下端固接，加载横条一的上下两端分别布置载滑轮组件，底板的上端面的两端各定有立柱，位于左边的立柱的上端布置有导向滑轮组件，位于右边的立柱的下部也布置有导向滑轮组件，钢丝绳的一端悬挂砝码，钢丝绳依次绕过位于左边的立柱上端的导向滑轮组件上的滑轮、位于加载横条一上端的加载滑轮组件上的滑轮、位于加载横条一下端的加载滑轮组件上的滑轮、位于左边的立柱下部的导向滑轮组件上的滑轮，钢丝绳另一固定在底板上；加载滑轮组件上的滑轮的轴线与导向滑轮组件上的滑轮的轴线平行设置。本发明的有益效果是本发明使用砝码进行标定，具有精度高、简便易行的优点。实现了大载荷的输出，利用杠杆原理实现力的放大。利用滑轮组来施加力矩载荷，同时能起到增力作用。本发明提出组合式六维力传感器标定装置体积较小、结构简单。本发明所涉及标定装置，利用砝码作为力源，利用杠杆原理和滑轮组实现增力作用。与其他六维力传感器标定装置相比，本发明采用组合式方法以实现不同方向的标定，故体积较小、零件数量少、安装调试简单易行。
图I是本发明所涉及的无耦合六维力传感器外形结构示意图及力转接盘4安装示意图；图Ia是六维力传感器本体的立体图，图Ib是安装力转接盘4后的六维力传感器本体的立体图；图Ia中3-1为通孔，3-2为环形凸台，3-3为传感器下板；图2是进行Fz方向标定时标定装置的结构示意图；图2a是Fz方向标定装置I的主视图，图2b是显示杠杆9上的刻度的放大图，图2c是芯轴与杠杆连接关系示意图(16-轴套)；图3是Fx、Fy方向标定时装置组合示意图(Fx、Fy方向标定装置II);图3中的芯轴与杠杆连接关系示意图与图2中的完全相同；图4是力转接盘示意图；图4a为力转接盘的正视图，图4b是力转接盘的俯视图； 图5为Mz方向标定时装置组合示意图；图5a是Mz方向标定装置III的正视图，图5b是图5a的A向视图；图6是Mx、My方向标定时装置组合示意图；图6a是Mx、My方向标定装置IV的正视图，图5b是图6a的A向视图；图7为加载滑轮组件23的结构示意图；图8为导向滑轮组件25的结构示意图；图9为力矩加载盘(力矩转接盘21)示意图；图9a为力矩转接盘的正视图，图9b是力矩转接盘的俯视图；图10为带有本发明所述标定装置的标定系统构成原理图。
具体实施例方式具体实施方式
一如图I 9所不,本实施方式所述的一种无稱合六维力传感器的组合式标定装置包括Fz方向标定装置I ;Fx、Fy方向标定装置II ;Mz方向标定装置III ；Mx、My方向标定装置IV ；如图2, Fz方向标定装置I包括底板I、压条2、力转接盘4、支撑座一 5、加载杆一
6、下压板7、轴承座8、杠杆9、上压板10、轴承端盖11、钢丝绳13、法码14和芯轴15 ;底板I的上端面上固定有支撑座一 5，支撑座一 5的前后两端分别安装有轴承座8，芯轴15的两端通过轴承一 17-1、轴承二 17-2安装在相应的轴承座8上，轴承一 17-1、轴承二 17-2上分别设有轴承端盖11，杠杆9与芯轴15垂直设置，杠杆9的一端安装在芯轴15上，法码14通过钢丝绳13与杠杆9的另一端下侧壁连接，杠杆9上面带有刻度12 ;下压板7通过上压板10安装在杠杆9上，加载杆一 6的上端与下压板7的下端连接，下压板7、上压板10和加载杆一 6三者连接在一起并可同时沿杠杆9移动，压条2用于将六维力传感器本体3水平固定底板I上，力转接盘4与六维力传感器本体3相连接，力转接盘4与底板I平行设置，加载杆一 6的下端为球形结构并与力转接盘4上表面几何中心处的球窝4-3-3接触；Fz方向标定装置I利用钢丝绳13悬挂砝码14，并利用杠杆原理实现力的放大，力传感器3上端连接力转接盘4,利用加载杆一 6向力转接盘4施加压力，从而实现对传感器的标定。如图3，Fx, Fy方向标定装置II包括底板I、支撑板9、力转接盘4、支撑座二 18、加载杆二 20、下压板7、轴承座8、杠杆9、上压板10、轴承端盖11、钢丝绳13、法码14和芯轴15 ;底板I的上端面上固定有支撑座二 18，撑座二 18的前后两端分别安装有轴承座8，芯轴15的两端通过轴承一 17-1、轴承二 17-2安装在相应的轴承座8上，轴承一 17-1、轴承二 17-2上分别设有轴承端盖11，杠杆9与芯轴15垂直设置，杠杆9的一端安装在芯轴15上，法码14通过钢丝绳13与杠杆9的另一端下侧壁连接，杠杆9上面带有刻度12 ;下压板7通过上压板10安装在杠杆9上，加载杆二 20的上端与下压板7的下端连接，下压板7、上压板10和加载杆二 20三者连接在一起并可同时沿杠杆9移动，支撑板9立在底板I的上端面上并与底板I固定，支撑板9用于将六维力传感器本体3垂直固定底板I上，力转接盘4与六维力传感器本体3相连接，力转接盘4与底板I垂直设置，加载杆二 20的下端为球形结构并与力转接盘4上的一侧面几何中心处的球窝4-3-1接触，或与力转接盘4上的另一侧面几何中心处的球窝4-3-2接触；力转接盘4上的一侧面和力转接盘4上的另一侧面是相互垂直的；Fx、Fy方向标定装置利用钢丝绳13悬挂砝码14，并利用杠杆原理实现力的放大，力传感器3上端连接力转接盘4，利用加载杆二 20向力转接盘4施加压力，从而实现对传感器的标定。
如图5，Mz方向标定装置III包括底板I、压条2、力矩转接盘21、加载横条二 26、加载滑轮组件23、立柱24、导向滑轮组件25、钢丝绳13和砝码14 ;压条2用于将六维力传感器本体3水平固定底板I上,六维力传感器本体3的上端连接力矩转接盘21，加载横条二 26位于力矩转接盘21的上方且二者平行设置，力矩转接盘21与加载横条二 26下表面固接，加载横条二 26的左右两端分别布置载滑轮组件23，底板I的上端面的两对角处各定有立柱24，位于前方的立柱24的中部布置有导向滑轮组件25，位于后方的立柱24的中部也布置有导向滑轮组件25，钢丝绳13的一端悬挂砝码14，钢丝绳13依次绕过位于前方的立柱24上的导向滑轮组件25上的滑轮、位于加载横条二 26左端的加载滑轮组件23上的滑轮、位于加载横条二 26右端的加载滑轮组件23上的滑轮、位于后方的立柱24上的导向滑轮组件25上的滑轮，钢丝绳13另一固定在底板I上；加载滑轮组件23上的滑轮的轴线与导向滑轮组件25上的滑轮的轴线垂直设置；Mz方向标定装置中，力传感器3上端连接力矩转接盘21，力矩转接盘连接加载横条二 26，加载横条二两端布置加载滑轮26，利用钢丝绳13悬挂砝码14，钢丝绳13绕过导向滑轮25、加载滑轮23，对传感器施加力矩载荷。如图6，Mx、My方向标定装置IV包括底板I、压条2、力矩转接盘21、加载横条一22、加载滑轮组件23、立柱24、导向滑轮组件25、钢丝绳13和砝码14 ;压条2用于将六维力传感器本体3水平固定底板I上，六维力传感器本体3的上端连接力矩转接盘21，加载横条一 22位于力矩转接盘21的上方且二者垂直设置，力矩转接盘21与加载横条一 22的下端固接，加载横条一 22的上下两端分别布置载滑轮组件23，底板I的上端面的两端各定有立柱24，位于左边的立柱24的上端布置有导向滑轮组件25，位于右边的立柱24的下部也布置有导向滑轮组件25，钢丝绳13的一端悬挂砝码14，钢丝绳13依次绕过位于左边的立柱24上端的导向滑轮组件25上的滑轮、位于加载横条一 22上端的加载滑轮组件23上的滑轮、位于加载横条一 22下端的加载滑轮组件23上的滑轮、位于左边的立柱24下部的导向滑轮组件25上的滑轮，钢丝绳13另一固定在底板I上；加载滑轮组件23上的滑轮的轴线与导向滑轮组件25上的滑轮的轴线平行设置。Mx、My方向标定装置中，力传感器3上端连接力矩转接盘21，力矩转接盘连接加载横条一 22，加载横条一两端布置加载滑轮23，利用钢丝绳13悬挂砝码14，钢丝绳13绕过导向滑轮组件25、加载滑轮组件23，对传感器施加力矩载荷。
具体实施方式
二 如图7所示，本实施方式所述加载滑轮组件23包括挡圈一23-1、滑轮轴一 23-2、轴承三23-3-1、轴承四23_3_2、滑轮座23_4、滑轮一 23_5和垫片23-6 ;滑轮座23-4安装在加载横条一 22上，滑轮轴一 23_2的一端通过轴承三23_3_1、轴承四23-3-2安装在滑轮座23-4内，滑轮一 23_5安装在滑轮轴一 23_2的另一端，滑轮一 23_5通过垫片23-6、螺钉23-7安装在滑轮轴一 23-2上；其它组成及连接关系与具体实施方式
一相同。滑轮一 23-5依靠垫片23-6和滑轮轴一 23-2轴肩实现轴向定位，垫片23_6使用螺钉23-7与滑轮轴一 23-2连接。滑轮轴一通过两个轴承23-3-1、23-3-固定在滑轮座23_4内。轴承通过轴肩以及挡圈23-1实现轴向固定。滑轮座孔与轴承外圈过盈配合，以防止轴承窜动。
具体实施方式
三如图8所示，本实施方式所述导向滑轮组件25包括滑轮二25-1、挡圈二 25-2、轴承五25-3-1、轴承六25_3_2和滑轮轴二 25_4 ;滑轮轴二 25_4安装在 立柱24上，滑轮二 25-1通过轴承五25-3-1、轴承六25_3_2安装在滑轮轴二 25_4上，挡圈
二25-2用于固定位于外端的轴承五25-3-1。其它组成及连接关系与具体实施方式
二相同。滑轮二 25-1通过两个轴承25-3-1、25-3-2固定在滑轮轴二 25_4上，轴承通过轴肩以及挡圈25-2实现轴向固定，轴承外圈与滑轮二 25-4使用过盈配合，以防止轴承窜动。
具体实施方式
四如图4所示，本实施方式所述力转接盘4的下端面开有用于和六维力传感器本体3相配合连接的力转接盘圆形凹槽4-1，所述力转接盘4还设有多个用于连接的力转接盘螺纹孔4-2 ;力转接盘4的上端面以及四周的侧面上还设有五个球窝4-3，五个球窝4-3分别为位于转接盘4上的相对两个侧面几何中心处的两个球窝4-3-1、位于转接盘4上的另外两个相对两个侧面几何中心处的两个球窝4-3-2、位于力转接盘4上表面几何中心处的球窝4-3-3。其它组成及连接关系与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
五如图9所示，本实施方式所述力矩转接盘21的下端面上开有用于和六维力传感器本体3相配合连接的力矩转接盘圆形凹槽21-2，所述力矩转接盘21上还设有多个用于连接的力矩转接盘螺纹孔21-1，所述力矩转接盘21的上端面上设有两个长方体凸台21-3,两个长方体凸台21-3用于对加载横条一 22、加载横条二 26进行定位。其它组成及连接关系与具体实施方式
一、二、三或四相同。力矩转接盘其上有螺纹孔21-1，用以连接六维力传感器3，圆形凹槽21-2实现机械连接时的定位作用，两个长方体凸台21-3对加载横条一 22、加载横条二 26进行定位。针对本发明进行如下阐述如图2a所示，压条2压住传感器本体3的下板3_3从而将传感器本体3固定在底板I上。力转接盘4通过与传感器本体3相连接。杠杆9可由方钢来实现，其一端固定在轴承座8上，另一端使用钢丝绳13悬挂砝码14。由杠杆原理，砝码的重量放大之后通过加载杆一 6施加在力转接盘4上。上压板10与下压板7通过螺钉连接为一体，加载杆一 6与下压板7相连，这三个零件组成的整体可以沿方钢9移动，以实现不同的放大倍数。由图2b所示，方钢9上面带有刻度12，以方便调整位置，更改放大倍数。加载杆一 6压在力转接盘4上面，力转接盘4与六维力传感器3相连，从而施加压力。由图2c所示，心轴15穿过方钢9左端的通孔，心轴15两端用轴承17-1、17-2支撑。轴承17-1、17-2依靠心轴15轴肩、轴套16以及轴承端盖11实现轴向定位。如图3和4所示，传感器本体3通过压条2固定在支撑板19上，力转接盘4与传感器本体3相连。方钢9 一端固定在轴承座8上，另一端使用钢丝绳13悬挂砝码14。轴承座8固定在支撑座二 18上面，支撑座二 8固定在底板上。砝码的重量放大之后通过加载杆二 20施加在力转接盘4上。上压板10与下压板7连接为一体，加载杆二 20上与下压板7相连，这三个零件组成的整体可以沿方钢9移动，以实现不同的放大倍数，为方便调整位置，方钢9上表面带有刻度12。如图2a、图2c、图3所示，标定装置中方钢9、轴承座8、轴承17_1、17_2、心轴15、轴套16、轴承端盖11、上压板10、下压 板7、钢丝绳13、砝码14为通用性结构。进行三个方向的力标定时，标定装置中该部分结构不变，体现出本发明的组合式特点。杠杆的放大倍数n = L2/LLL2的长度固定，调节LI的长度就可以改变放大倍数n，方钢上表面刻度12用来指示LI大小。标定时,传感器受到的力F = nG,其中n为放大倍数，G为破码的自重。如图I、图4所示，力转接盘4其上面有圆形凹槽4_1，6个螺纹孔4-2。力转接盘4与力传感器3相连时，环形凸台3-2插进凹槽4-1以实现定位，传感器本体上端的6个通孔与力转接盘4上6个螺纹孔4-2对准，并拧入螺钉，以实现机械连接。加载时，加载杆一
6、加载杆二 20的下端球形结构对准球窝4-3,以实现对心。进行Fz标定时,力加载在力转接盘4上表面的球窝4-3-3顶点上。进行Fx标定时，力加载在力转接盘4上表面的球窝
4-3-1顶点上。进行Fy标定时，力加载在力转接盘4上表面的球窝4-3-2顶点上。如图5所示，传感器本体3通过压条2固定在底板I上，力矩转接盘21固定在传感器本体3上，加载横条一 22固定在力矩转接盘21上，加载滑轮23固定在加载横条一 22两端。导向滑轮25固定在立柱24上。钢丝绳13—端悬挂砝码14，绕过导向滑轮25，将竖直方向的重力转化为水平方向的张力，绕过加载滑轮23，以实现力矩的输出，钢丝绳13另一端固定在底板I上。如图6所示，传感器本体3通过压条2固定在底板I上，力矩转接盘21通过固定在传感器本体3上，加载横条二 26固定在力矩转接盘上，加载滑轮23固定在加载横条二 26两端。导向滑轮25固定在立柱24上。钢丝绳13—端悬挂砝码14，绕过导向滑轮25，将竖直方向的重力转化为水平方向张力，绕过加载滑轮23，以实现力矩的输出，钢丝绳另一端固定在底板上I。如图5、图6所示，进行三个方向力矩标定时，标定装置中，立柱24、导向滑轮(25、加载滑轮23、力矩转接盘21结构不变，体现出本发明的组合式特点。对Mx、My进行标定时，输出力矩大小M = L3XG，其中L3为加载横条一 22上两加载滑轮23之间距离，G为砝码14的自重。对Mz进行标定时，输出力矩大小M = L4XG，其中L4加载横条二 26上为两加载滑轮23之间距离，G为砝码14的自重。实施例由图10所示，进行标定时，本发明所涉及的标定装置对传感器施加载荷，传感器中应变桥输出微弱电压，经过电桥调理电路放大到合适的电压水平，经过AD转换电路转换为数字信号，再经过DSP运算处理之后，通过串口传输到上位机上。如图2、图3、图5、图6所示，在进行Fz方向标定时，标定装置组合如图2，杠杆放大倍数调整为6,依次使用10kg, 20kg, 30kg, 40kg, 50kg破码进行标定,则加载到力传感器上的力分别为588N，1176N, 1764N, 2352N, 2940N ;在进行Fx及Fy标定时，标定装置组合如图3,杠杆放大倍数调整为4,依次依次使用10kg, 20kg, 30kg, 40kg, 50kg破码进行标定,贝丨J加载到力传感器上的力分别为392N，784N，1176N, 1568N, 1960N,更换标定方向时，只需将力传感器(3)旋转90。装卡即可；在进行Mx及My标定时，标定装置组合如图6，两加载滑轮之间距离为100mm,依次依次使用20kg, 40kg, 60kg, 80kg, 100kg破码进行标定,则加载到力传感器上的力矩分别为19. 6Nm, 39. 2Nm, 58. 8Nm, 78. 4Nm，98Nm，更换标定方向时，只需将力传感器(3)旋转90。装卡即可；在进行Mz标定时，标定装置组合如图5，两加载滑轮之间距离为160mm,依次依次使用20kg, 40kg, 60kg, 80kg, 100kg破码进行标定,则加载到力传感 器上的力矩分别为31. 36Nm, 62. 72Nm, 94. 08Nm, 125. 44Nm, 156. 8Nm。
权利要求
1.一种无耦合六维力传感器的组合式标定装置，其特征在于所述组合式标定装置包括Fz方向标定装置(I) ;Fx、Fy方向标定装置(II) ;Mz方向标定装置(III) ;Mx、My方向标定装置(IV); Fz方向标定装置(I)包括底板(I)、压条(2)、力转接盘(4)、支撑座一(5)、加载杆一(6)、下压板(7)、轴承座(8)、杠杆(9)、上压板(10)、轴承端盖(11)、钢丝绳(13)、法码(14)和芯轴(15);底板(I)的上端面上固定有支撑座一(5)，支撑座一(5)的前后两端分别安装有轴承座(8)，芯轴(15)的两端通过轴承一(17-1)、轴承二(17-2)安装在相应的轴承座(8)上，轴承一(17-1)、轴承二(17-2)上分别设有轴承端盖(11)，杠杆(9)与芯轴(15)垂直设置，杠杆(9)的一端安装在芯轴(15)上，法码(14)通过钢丝绳(13)与杠杆(9)的另一端下侧壁连接，杠杆(9)上带有刻度(12);下压板(7)通过上压板(10)安装在杠杆(9)上，加载杆一(6)的上端与下压板(7)的下端连接,下压板(7)、上压板(10)和加载杆一(6)三者连接在一起并可同时沿杠杆(9)移动，压条(2)用于将六维力传感器本体(3)水平固定 底板(I)上，力转接盘(4)与六维力传感器本体(3)相连接，力转接盘(4)与底板(I)平行设置，加载杆一(6)的下端为球形结构并与力转接盘(4)上表面几何中心处的球窝(4-3-3)接触； Fx、Fy方向标定装置(II)包括底板(I)、支撑板(9)、力转接盘(4)、支撑座二(18)、力口载杆二(20)、下压板(7)、轴承座(8)、杠杆(9)、上压板(10)、轴承端盖(11)、钢丝绳(13)、法码(14)和芯轴(15);底板(I)的上端面上固定有支撑座二(18)，撑座二(18)的前后两端分别安装有轴承座(8)，芯轴(15)的两端通过轴承一(17-1)、轴承 (17-2)安装在相应的轴承座(8)上，轴承一(17-1)、轴承二(17-2)上分别设有轴承端盖(11)，杠杆(9)与芯轴(15)垂直设置，杠杆(9)的一端安装在芯轴(15)上，法码(14)通过钢丝绳(13)与杠杆(9)的另一端下侧壁连接，杠杆(9)上带有刻度(12);下压板(7)通过上压板(10)安装在杠杆(9)上，加载杆二(20)的上端与下压板(7)的下端连接，下压板(7)、上压板(10)和加载杆二(20)三者连接在一起并可同时沿杠杆(9)移动，支撑板9立在底板(I)的上端面上并与底板(I)固定，支撑板(9)用于将六维力传感器本体(3)垂直固定底板(I)上，力转接盘(4)与六维力传感器本体(3)相连接，力转接盘(4)与底板(I)垂直设置，加载杆二(20)的下端为球形结构并与力转接盘(4)上的一侧面几何中心处的球窝(4-3-1)接触，或与力转接盘(4)上的另一侧面几何中心处的球窝(4-3-2)接触；力转接盘(4)上的一侧面和力转接盘(4)上的另一侧面相互垂直； Mz方向标定装置(III)包括底板(I)、压条(2)、力矩转接盘(21)、加载横条二(26)、力口载滑轮组件(23)、立柱(24)、导向滑轮组件(25)、钢丝绳(13)和砝码(14);压条⑵用于将六维力传感器本体(3)水平固定底板(I)上，六维力传感器本体(3)的上端连接力矩转接盘(21)，加载横条二(26)位于力矩转接盘(21)的上方且二者平行设置，力矩转接盘(21)与加载横条二(26)下表面固接，加载横条二(26)的左右两端分别布置载滑轮组件(23)，底板(I)的上端面的两对角处各定有立柱(24)，位于前方的立柱(24)的中部布置有导向滑轮组件(25)，位于后方的立柱(24)的中部也布置有导向滑轮组件(25)，钢丝绳(13)的一端悬挂砝码(14)，钢丝绳(13)依次绕过位于前方的立柱(24)上的导向滑轮组件(25)上的滑轮、位于加载横条二(26)左端的加载滑轮组件(23)上的滑轮、位于加载横条二(26)右端的加载滑轮组件(23)上的滑轮、位于后方的立柱(24)上的导向滑轮组件(25)上的滑轮，钢丝绳(13)另一固定在底板(I)上；加载滑轮组件(23)上的滑轮的轴线与导向滑轮组件(25)上的滑轮的轴线垂直设置； Mx、My方向标定装置(IV)包括底板(I)、压条(2)、力矩转接盘(21)、加载横条一(22)、加载滑轮组件(23)、立柱(24)、导向滑轮组件(25)、钢丝绳(13)和砝码(14);压条⑵用于将六维力传感器本体(3)水平固定底板(I)上，六维力传感器本体(3)的上端连接力矩转接盘(21)，加载横条一(22)位于力矩转接盘(21)的上方且二者垂直设置，力矩转接盘(21)与加载横条一(22)的下端固接，加载横条一(22)的上下两端分别布置载滑轮组件(23)，底板(I)的上端面的两端各定有立柱(24)，位于左边的立柱(24)的上端布置有导向滑轮组件(25)，位于右边的立柱(24)的下部也布置有导向滑轮组件(25)，钢丝绳(13)的一端悬挂砝码(14)，钢丝绳(13)依次绕过位于左边的立柱(24)上端的导向滑轮组件(25)上的滑轮、位于加载横条一(22)上端的加载滑轮组件(23)上的滑轮、位于加载横条一(22)下端的加载滑轮组件(23)上的滑轮、位于左边的立柱(24)下部的导向滑轮组件(25)上的滑轮，钢丝绳(13)另一固定在底板(I)上；加载滑轮组件(23)上的滑轮的轴线与导向滑轮组件(25)上的滑轮的轴线平行设置。
2.根据权利要求I所述的一种无耦合六维力传感器的组合式标定装置，其特征在于所述加载滑轮组件23包括挡圈一(23-1)、滑轮轴一(23-2)、轴承三(23_3_1)、轴承四(23-3-2)、滑轮座(23-4)、滑轮一 (23-5)和垫片(23-6);滑轮座(23-4)安装在加载横条一(22)上，滑轮轴一(23-2)的一端通过轴承三(23-3-1)、轴承四(23_3_2)安装在滑轮座(23-4)内，滑轮一(23-5)安装在滑轮轴一(23-2)的另一端，滑轮一(23_5)通过垫片(23-6)、螺钉(23-7)安装在滑轮轴一(23-2)上。
3.根据权利要求2所述的一种无耦合六维力传感器的组合式标定装置，其特征在于所述导向滑轮组件(25)包括滑轮二(25-1)、挡圈二(25-2)、轴承五(25_3_1)、轴承六(25-3-2)和滑轮轴二(25-4);滑轮轴二(25_4)安装在立柱(24)上，滑轮二(25_1)通过轴承五(25-3-1)、轴承六(25-3-2)安装在滑轮轴二(25_4)上，挡圈二(25_2)用于固定位于外端的轴承五(25-3-1)。
4.根据权利要求I所述的一种无耦合六维力传感器的组合式标定装置，其特征在于所述力转接盘(4)的下端面开有用于和六维力传感器本体3相配合连接的力转接盘圆形凹槽(4-1)，所述力转接盘4还设有多个用于连接的力转接盘螺纹孔(4-2);力转接盘(4)的上端面以及四周的侧面上还设有五个球窝(4-3)，五个球窝(4-3)分别为位于转接盘(4)上的相对两个侧面几何中心处的两个球窝(4-3-1)、位于转接盘(4)上的另外两个相对两个侧面几何中心处的两个球窝(4-3-2)、位于力转接盘(4)上表面几何中心处的球窝(4-3-3)。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的一种无耦合六维力传感器的组合式标定装置，其特征在于所述力矩转接盘(21)的下端面上开有用于和六维力传感器本体(3)相配合连接的力矩转接盘圆形凹槽(21-2)，所述力矩转接盘(21)上还设有多个用于连接的力矩转接盘螺纹孔(21-1)，所述力矩转接盘(21)的上端面上设有两个长方体凸台(21-3)，两个长方体凸台(21-3)用于对加载横条一(22)、加载横条二(26)进行定位。
全文摘要
一种无耦合六维力传感器的组合式标定装置，属于传感器标定技术领域。本发明为解决现有的六维力传感器标定装置存在体积较大、装配调试困难的问题。组合式标定装置包括Fz方向标定装置；Fx、Fy方向标定装置；Mz方向标定装置；Mx、My方向标定装置，压条压住传感器本体的下板从而将传感器本体固定在底板上。力转接盘通过与传感器本体相连接。杠杆的一端固定在轴承座上，另一端使用钢丝绳悬挂砝码。由杠杆原理，砝码的重量放大之后通过加载杆一加载杆二施加在力转接盘上。利用砝码作为力源，利用杠杆原理和滑轮组实现增力作用。与其他六维力传感器标定装置相比，本发明采用组合式方法以实现不同方向的标定，故体积较小、零件数量少、安装调试简单易行。
文档编号G01L25/00GK102749168SQ20121026065
公开日2012年10月24日 申请日期2012年7月26日 优先权日2012年7月26日
发明者吴伟国, 李生广 申请人:哈尔滨工业大学