六分量天平的制作方法

本发明涉及力学参数传感装置技术领域，具体涉及一种基于stewart构型的六分量天平。

背景技术

空间任一广义力在给定的坐标系中一般可分解为六个分量，即沿三个坐标轴的力失分量fx、fy和fz，以及绕三个坐标轴的力矩分量mx、my和mz。研究对象上某一点的受力总可在给定坐标系中分解为上述六个分量。六分量天平就是用来同时检测和传感所受力的六个分量，广泛应用于机器人、生物力学、精密装配、工程现场测试等领域。

现有的大多数六分量天平通过单个金属件的不同区域变形程度，以标定的方式给出受力的六个分量。但由于耦合，所以要在灵敏度与刚度之间取舍。如果灵敏度过大，则刚度降低，测量区进入非线性耦合段，被测量物体的姿态将发生改变。现有的六分量天平的灵敏度一般不能太高。因此，如何解决耦合问题，保持被测量物体的姿态，进一步提高测量灵敏度成为本领域亟需解决的问题。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种六分量天平，以解决现有技术中的六分量天平灵敏度不高的技术问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种六分量天平，包括基础平台；加载平台，与基础平台平行设置，用于放置被测量物体；六根互相独立的撑杆，六根撑杆均设置在基础平台和加载平台之间，撑杆的两端分别与基础平台和加载平台铰接，撑杆上设有一单自由度力传感器和一主动变形补偿作动器，单自由度力传感器与一反馈信号处理器的输入端连接，主动变形补偿作动器与反馈信号处理器的输出端连接，反馈信号处理器根据单自由度力传感器的信号确定撑杆的形变量，并驱动主动变形补偿作动器补偿，以保持被测量物体的姿态。

进一步地，单自由度力传感器和主动变形补偿作动器串联连接。

进一步地，六根撑杆线性不相关，且六根撑杆在空间内两两交于一点。

进一步地，六根撑杆在空间内的所有交点位于两个平行平面内，每个平面内包含三个交点。

进一步地，六根撑杆中任意三根不共面，六根撑杆沿基础平台和加载平台的中垂线120°旋转对称。

进一步地，撑杆的两端通过一球铰或虎克铰分别与基础平台和加载平台铰接。

应用本发明技术方案的六分量天平，通过在基础平台和加载平台之间铰接设置六根互相独立的撑杆，在每根撑杆上设置单自由度力传感器和主动变形补偿作动器，将单自由度力传感器与反馈信号处理器的输入端连接，将主动变形补偿作动器与反馈信号处理器的输出端连接，通过单自由度力传感器获取力分量信号，反馈信号处理器根据该信号确定撑杆的形变量，并驱动主动变形补偿作动器补偿，以保持被测量物体的姿态。该六分量天平根据六根撑杆的受力情况，可以完全解析地给出变形情况，并给出相应的补偿，通过六根撑杆的数据，可以结算被测量物体所受的力的六个分量，有效提高了六分量天平的灵敏度。

下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例的六分量天平的立体示意图。

图2为本发明实施例的六分量天平的正视示意图。

图3为本发明实施例的六分量天平的俯视示意图。

图4为本发明实施例的六分量天平中撑杆的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、基础平台；20、加载平台；30、撑杆；31、单自由度力传感器；32、主动变形补偿作动器；33、球铰。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“一个”或者“一”等类似词语不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。

参见图1至图4，一种本发明实施例的六分量天平，包括基础平台10、加载平台20和六根互相独立的撑杆30。其中，加载平台20与基础平台10平行设置，用于放置被测量物体；六根撑杆30均设置在基础平台10和加载平台20之间，撑杆30的两端分别与基础平台10和加载平台20铰接，撑杆30上设置有一个单自由度力传感器31和一个主动变形补偿作动器32，每根撑杆30均独立设置有一个反馈信号处理器（图中未示出）。单自由度力传感器31与反馈信号处理器的输入端连接，主动变形补偿作动器32与反馈信号处理器的输出端连接。使用时，单自由度力传感器31检测被测量物体的一个力分量，得到力分量信号，反馈信号处理器根据单自由度力传感器31获取的力分量信号确定撑杆30的形变量，并驱动主动变形补偿作动器32做出补偿，以保持被测量物体的姿态。

上述的六分量天平，通过在基础平台10和加载平台20之间铰接设置六根互相独立的撑杆30，在每根撑杆30上设置单自由度力传感器31和主动变形补偿作动器32，将单自由度力传感器31与反馈信号处理器的输入端连接，将主动变形补偿作动器32与反馈信号处理器的输出端连接，通过单自由度力传感器31获取一个力分量信号，反馈信号处理器根据该信号确定撑杆30的形变量，并驱动主动变形补偿作动器32补偿，保持被测量物体的姿态。该六分量天平根据六根撑杆30的受力情况，可以完全解析地给出变形情况，并给出相应的补偿，通过六根撑杆30的数据，可以结算被测量物体所受的力的六个分量，有效提高了六分量天平的灵敏度。

具体地，参见图1至图4，在本实施例中，撑杆30的两端通过球铰33或虎克铰分别与基础平台10和加载平台20铰接。单自由度力传感器31与主动变形补偿作动器32串联连接。单自由度力传感器31设置在撑杆30的中部，主动变形补偿作动器32设置在单自由度力传感器31与球铰33之间的杆件上。

参见图1、图2和图3，在本实施例中，六根撑杆30线性不相关，且六根撑杆30在空间内两两交于一点（或在延长线上）；六根撑杆30在空间内的所有交点位于两个平行的平面内，每个平面内包含三个交点；六根撑杆30中的任意三根不共面，六根撑杆30沿基础平台10和加载平台20的中垂线120°旋转对称。如此设置，使得六根撑杆30以stewart构型组成六分量天平，单根撑杆30为一个单轴力传感器，通过六根线性不相关的撑杆30支持被测量物体，根据六根撑杆30的受力情况，可以完全解析地给出变形情况，在有主动形变补偿的情况下，本发明的六分量天平可以进一步牺牲刚度以提高灵敏度。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。