一种六维微型力/力矩传感器静态标定装置

1.本发明涉及一种标定装置，具体涉及一种六维力/力矩传感器标定装置以及标定方法，属于传感器标定技术领域。


背景技术：

2.六维力/力矩传感器是多维力传感器最完整的形式，即能够同时测量三个力分量和三个力矩分量的传感器。目前，六维力/力矩传感器广泛应用于机器人、医疗器械等领域，其重要地位显而易见。对六维力/力矩传感器进行标定是六维力/力矩传感器投入使用前的重要步骤，也是确保一个传感器精准工作的重要保障。利用六维力/力矩传感器标定装置对六维力/力矩传感器进行标定是一个不容忽视的重要步骤，标定的精度将直接影响该传感器的使用精度。
3.现有六维力/力矩传感器标定装置无法对含有传感器的器械轴整体进行准确标定，标定平台的高度位置无法改变，装置的灵活性和适用性不够，大多数标定装置适用于大型传感器的标定；专利号为cn100529703的专利提供了一种六维力/力矩传感器标定装置，但该装置适用于大尺寸六维力/力矩传感器的标定，不适用于微型六维力/力矩传感器的标定，且无法实现对各维力、力矩分量的独立加载。专利号为cn103528755b的专利提供了一种六维力/力矩传感器标定装置，该装置虽可以实现各个方向的单维力单独加载，但该装置无法对含有传感器的器械轴整体进行标定，无法调试装置高度，不够灵活。


技术实现要素：

4.针对上述的不足，本发明提供了一种六维微型力/力矩传感器静态标定装置。
5.本发明是通过以下技术方案实现的：一种六维微型力/力矩传感器静态标定装置，包括底座和安装在底座上的升降杆，还包括短支架、辅助支架、长支架、主工作台、器械、器械轴固定平台、调整装置、用于施加力和力矩的加载适配器、用于将所述器械固定在所述调整装置上的第一夹紧器和用于将所述器械固定在所述器械轴固定平台上的第二夹紧器，所述升降杆上滑动配合有用于支撑所述短支架、所述长支架和所述辅助支架的主工作台，升降杆上滑动配合有用于防止器械晃动的器械轴固定平台，靠近器械上端的外圈与所述第一夹紧器内圈通过顶丝连接，第一夹紧器为轴套类零件，有一盘状端面，第一夹紧器的盘状端面安装在所述调整装置上，调整装置安装在主工作台内部，靠近器械下端的外圈与所述第二夹紧器内圈通过顶丝连接，第二夹紧器为轴套类零件，有一盘状端面，第二夹紧器的盘状端面安装在器械轴固定平台上，所述加载适配器安装在器械上端，短支架末端、辅助支架末端和长支架末端均安装在主工作台上。
6.所述器械包括器械轴、传感器和器械手，所述传感器上端与所述器械手末端连接，所述传感器下端与所述器械轴首端连接，器械轴首端外圈安装在第一夹紧器内圈，器械轴末端外圈安装在第二夹紧器内圈。
7.所述加载适配器包括加载帽和加载杆，所述加载帽边缘设有若干个用于施加水平
方向力的第二加载孔，所述加载杆上端设有一用于施加竖直方向力的第一加载孔，加载杆末端螺纹连接于加载帽首端，加载帽末端与器械上端通过顶丝连接。
8.所述主工作台的台面呈正八边形，在所述主工作台各个边缘均设有一个用于安装短支架、长支架或辅助支架的第一矩形槽或第二矩形槽，主工作台内圈设有一通孔，通孔周围设有六个用于连接调整装置的沉头孔，主工作台的一侧设有与升降杆配合的第一燕尾形滑槽，所述升降杆与所述第一燕尾形滑槽滑动连接，器械轴固定平台位于主工作台正下方，所述器械轴固定平台的台面呈正八边形，器械轴固定平台的一侧设有与升降杆配合的第二燕尾形滑槽，升降杆与所述第二燕尾形滑槽滑动连接。
9.所述调整装置包括调整台、调整螺栓、固定螺母、第一调整螺母、第二调整螺母，所述调整台有一盘状端部，所述盘状端部上均匀设有与主工作台上的沉头孔相对应的六个通孔，所述调整螺栓贯穿安装于所述主工作台的沉头孔和调整台的通孔中，所述固定螺母安装在调整螺栓上，固定螺母上端贴合在主工作台下端表面，所述第一调整螺母安装在调整螺栓上，第一调整螺母下端贴合在调整台盘状端部的上表面，所述第二调整螺母安装在调整螺栓上，第二调整螺母上端贴合在调整台盘状端部的下表面。
10.所述调整装置中心和器械轴固定平台中心分别设有一通孔，器械贯穿安装在所述调整装置和所述器械轴固定平台中心开设的通孔中，第一夹紧器的盘状端部螺纹连接于调整装置通孔周围的螺纹孔，第二夹紧器的盘状端部螺纹连接于器械轴固定平台通孔周围的螺纹孔。
11.所述短支架包括短滑轮杆和第一滑轮，所述第一滑轮通过销钉安装于所述短滑轮杆首端，短滑轮杆末端通过螺栓紧固于主工作台第一矩形槽或第二矩形槽中。
12.所述辅助支架包括横梁支架、横梁、第三滑轮和第四滑轮，所述横梁底部设有一凹口，所述横梁支架焊接于横梁底部凹口，横梁两端分别通过销钉连接有所述第三滑轮和所述第四滑轮，第三滑轮位于靠近加载适配器一侧，第四滑轮位于背离所述加载适配器一侧，横梁支架末端通过螺栓紧固于主工作台第一矩形槽或第二矩形槽中。
13.所述长支架包括长滑轮杆和第二滑轮，所述第二滑轮通过销钉安装于所述长滑轮杆首端，长滑轮杆末端通过螺栓紧固于主工作台第一矩形槽或第二矩形槽中。
14.该发明的有益之处是，通过设置加载适配器和第一夹紧器，可以对带有传感器的器械进行准确标定，并且该发明成纵向分布，所需空间小。
15.在加载适配器的加载帽和加载杆上设有第一加载孔或第二加载孔，在尼龙绳的一端绕过短支架、辅助支架或长支架悬挂砝码，另一端系在第一加载孔或第二加载孔中，便可实现力的加载，并且加载帽上设有多个方向加载所需的第二加载孔，使得多个方向力的加载得以实现。
16.主工作台的位置可以在升降杆上进行调整，第一燕尾形滑槽和第二燕尾形滑槽的设置使得装置的灵活性和适用性得到提高，器械轴固定平台用于防止器械晃动，实现多点固定，主工作台上设置的若干个第一矩形槽或第二矩形槽增加了力施加的方向。
17.调整装置将器械、第一夹紧器和主工作台连接在一起，固定螺母将调整螺栓位置固定，通过调节第一调整螺母和第二调整螺母以修正器械空间位置。
18.第一夹紧器将用于标定的器械与调整装置连接在一起，顶丝通过第一夹紧器轴套部分的螺纹孔压紧在器械轴圆周表面，顶丝通过加载适配器的螺纹孔压紧在器械手圆周表
面，力或力矩通过加载适配器作用在器械的传感器上，第二夹紧器将器械与器械轴固定平台连接在一起，实现两点固定，防止器械晃动。
19.通过在第一矩形槽或第二矩形槽中安装短支架实现水平方向力的加载。
20.通过在第一矩形槽或第二矩形槽中安装辅助支架实现竖直方向力的加载。
21.通过在第一矩形槽或第二矩形槽中安装长支架即可配合短支架实现力矩的加载，安装短支架、长支架或辅助支架实现对x、y、z等多个方向单维力的依次加载以及x平面、y平面、z平面力矩的加载；第一滑轮、第二滑轮、第三滑轮和第四滑轮分别与短滑轮杆、长滑轮杆和横梁之间通过销钉连接，摩擦阻力小，标定准确度得到保障。
附图说明
22.图1为本发明的三维结构示意图；
23.图2为图1中a处的局部放大图；
24.图3为本发明的局部结构示意图；
25.图4为图3中b处的局部放大图；
26.图5为本发明器械的结构示意图；
27.图6为本发明加载适配器的结构示意图；
28.图7为本发明第一夹紧器的结构示意图；
29.图8为本发明第二夹紧器的结构示意图；
30.图9为本发明短支架的结构示意图；
31.图10为本发明长支架的结构示意图；
32.图11为本发明辅助支架的结构示意图；
33.图12为本发明横梁的结构示意图；
34.图13为x方向施加力的局部示意图；
35.图14为y方向施加力的局部示意图；
36.图15为z方向施加力的局部示意图；
37.图16为x方向施加力矩的局部示意图；
38.图17为y方向施加力矩的局部示意图；
39.图18为z方向施加力矩的局部示意图。
40.图中，1、底座，2、升降杆，3、器械，4、加载适配器，5、短支架，6、辅助支架，7、长支架，8、主工作台，801、第一燕尾形滑槽，802、第二燕尾形滑槽，803、第一矩形槽，804、第二矩形槽，9、器械轴固定平台，10、调整装置，101、调整台，102、调整螺栓，103、固定螺母，104、第一调整螺母，105、第二调整螺母，11、第一夹紧器，12、器械轴，13、传感器，14、器械手，15、加载帽，1501、第二加载孔，16、加载杆，1601、第一加载孔，17、短滑轮杆，18、第一滑轮，19、长滑轮杆，20、第二滑轮，21、横梁支架，22、横梁，2201、凹口，23、第三滑轮，24、第四滑轮，25、第二夹紧器。
具体实施方式
41.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术
人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
42.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“首”、“末”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
43.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
44.具体实施方式一：如图1至图18所示，一种六维微型力/力矩传感器静态标定装置，包括底座1和安装在底座1上的升降杆2，还包括短支架5、辅助支架6、长支架7、主工作台8、器械3、器械轴固定平台9、调整装置10、用于施加力和力矩的加载适配器4、用于将所述器械3固定在所述调整装置10上的第一夹紧器11和用于将所述器械3固定在所述器械轴固定平台9上的第二夹紧器25，所述升降杆2上滑动配合有用于支撑所述短支架5、所述长支架7和所述辅助支架6的主工作台8，升降杆2上滑动配合有用于防止器械3晃动的所述器械轴固定平台9，靠近器械3上端的外圈与所述第一夹紧器11内圈通过顶丝连接，第一夹紧器11为轴套类零件，有一盘状端面，第一夹紧器11的盘状端面安装在所述调整装置10上，调整装置10安装在主工作台8内部，靠近器械3下端的外圈与所述第二夹紧器25内圈通过顶丝连接，第二夹紧器25为轴套类零件，有一盘状端面，第二夹紧器25的盘状端面安装在器械轴固定平台9上，所述加载适配器4安装在器械3上端，短支架5末端、辅助支架6末端和长支架7末端均安装在主工作台8上。
45.通过设置加载适配器4和第一夹紧器11，可以对带有微型传感器的器械3进行准确标定，并且该发明成纵向分布，所需空间小。
46.所述器械3包括器械轴12、传感器13和器械手14，所述传感器13上端与所述器械手14末端连接，所述传感器13下端与所述器械轴12首端连接，器械轴12首端外圈安装在第一夹紧器11内圈，器械轴12末端外圈安装在第二夹紧器25内圈。
47.所述加载适配器4包括加载帽15和加载杆16，所述加载帽15边缘设有若干个用于施加水平方向力的第二加载孔1501，所述加载杆16上端设有一用于施加竖直方向力的第一加载孔1601，加载杆16末端螺纹连接于加载帽15首端，加载帽15末端与器械3上端通过顶丝连接。
48.在加载适配器4的加载帽15和加载杆16上设有第一加载孔1601或第二加载孔1501，在尼龙绳的一端绕过短支架5、辅助支架6或长支架7悬挂砝码，另一端系在第一加载孔1601或第二加载孔1501中，便可实现力的加载，并且加载帽15上设有多个方向加载所需的第二加载孔1501，使得多个方向力的加载得以实现。
49.所述主工作台8的台面呈正八边形，在所述主工作台8各个边缘均设有一个用于安装短支架5、长支架7或辅助支架6的第一矩形槽803或第二矩形槽804，主工作台8内圈设有一通孔，通孔周围设有六个用于连接调整装置的沉头孔，主工作台8的一侧设有与升降杆2
配合的第一燕尾形滑槽801，所述升降杆2与所述第一燕尾形滑槽801滑动连接，器械轴固定平台9位于主工作台8正下方，所述器械轴固定平台9的台面呈正八边形，器械轴固定平台9的一侧设有与升降杆2配合的第二燕尾形滑槽802，升降杆2与所述第二燕尾形滑槽802滑动连接。
50.主工作台8的位置可以在升降杆2上进行调整，第一燕尾形滑槽801和第二燕尾形滑槽802的设置使得装置的灵活性和适用性得到提高；器械轴固定平台9用于防止器械3晃动，实现多点固定；主工作台8上设置的若干个第一矩形槽803或第二矩形槽804增加了力施加的方向。
51.所述调整装置10包括调整台101、调整螺栓102、固定螺母103、第一调整螺母104、第二调整螺母105，所述调整台101有一盘状端部，所述盘状端部上均匀设有与主工作台8上的沉头孔相对应的六个通孔，所述调整螺栓102贯穿安装于所述主工作台8的沉头孔和调整台101的通孔中，所述固定螺母103安装在调整螺栓102上，固定螺母103上端贴合在主工作台8下端表面，所述第一调整螺母104安装在调整螺栓102上，第一调整螺母104下端贴合在调整台101盘状端部的上表面，所述第二调整螺母105安装在调整螺栓102上，第二调整螺母105上端贴合在调整台101盘状端部的下表面。
52.调整装置10将器械3、第一夹紧器11和主工作台8连接在一起，固定螺母103将调整螺栓102位置固定，通过调节第一调整螺母104和第二调整螺母105以修正器械3空间位置。
53.所述调整装置10中心和器械轴固定平台9中心分别设有一通孔，器械3贯穿安装在所述调整装置10和所述器械轴固定平台9中心开设的通孔中，第一夹紧器11的盘状端部螺纹连接于调整装置10通孔周围的螺纹孔，第二夹紧器25的盘状端部螺纹连接于器械轴固定平台9通孔周围的螺纹孔。
54.第一夹紧器11将用于标定的器械3与调整装置10连接在一起，顶丝通过第一夹紧器11轴套部分的螺纹孔压紧在器械轴12圆周表面，顶丝通过加载适配器4的螺纹孔压紧在器械手14圆周表面，力或力矩通过加载适配器4作用在器械3的传感器13上，第二夹紧器25将器械3与器械轴固定平台9连接在一起，实现两点固定，防止器械3晃动。
55.所述短支架5包括短滑轮杆17和第一滑轮18，所述第一滑轮18通过销钉安装于所述短滑轮杆17首端，短滑轮杆17末端通过螺栓紧固于主工作台8第一矩形槽803或第二矩形槽804中。
56.通过在第一矩形槽803或第二矩形槽804中安装短支架5实现水平方向力的加载。
57.所述辅助支架6包括横梁支架21、横梁22、第三滑轮23和第四滑轮24，所述横梁22底部设有一凹口2201，所述横梁支架21焊接于横梁22底部凹口2201，横梁22两端分别通过销钉连接有所述第三滑轮23和所述第四滑轮24，第三滑轮23位于靠近加载适配器4一侧，第四滑轮24位于背离所述加载适配器4一侧，横梁支架21末端通过螺栓紧固于主工作台8第一矩形槽803或第二矩形槽804中。
58.通过在第一矩形槽803或第二矩形槽804中安装辅助支架6实现竖直方向力的加载。
59.所述长支架7包括长滑轮杆19和第二滑轮20，所述第二滑轮20通过销钉安装于所述长滑轮杆19首端，长滑轮杆19末端通过螺栓紧固于主工作台8第一矩形槽803或第二矩形槽804中。
60.通过在第一矩形槽803或第二矩形槽804中安装长支架7即可配合短支架5实现力矩的加载，安装短支架5、长支架7或辅助支架6实现对x、y、z等多个方向单维力的依次加载以及x平面、y平面、z平面力矩的加载；第一滑轮18、第二滑轮20、第三滑轮23和第四滑轮24分别与短滑轮杆17、长滑轮杆19和横梁22之间通过销钉连接，摩擦阻力小，标定准确度得到保障。
61.该装置在使用时，根据器械3的长度调整主工作台8和器械轴固定平台9在升降杆2上的位置，拧紧第一燕尾形滑槽801和第二燕尾形滑槽802上的螺栓将位置固定，顶丝通过第一夹紧器11轴套部分的螺纹孔压紧在器械3的器械轴12外圈，将器械3贯穿安装在所述调整装置10和所述器械轴固定平台9中心开设的通孔中，第一夹紧器11的盘状端部螺纹连接于调整装置10通孔周围的螺纹孔中，因调整装置10与主工作台8通过螺栓连接，此时便实现将器械3固定在了主工作台8上，第二夹紧器25的盘状端部螺纹连接于器械轴固定平台9通孔周围的螺纹孔中，实现两点固定，将加载适配器4通过顶丝固定在器械3的器械手14圆周表面，旋转第一调整螺母104和第二调整螺母105以修正器械3的空间位置，在第一矩形槽803或第二矩形槽804中安装短支架5、长支架6或辅助支架7，在尼龙绳的一端绕过短支架5、辅助支架6或长支架7悬挂砝码，另一端系在加载适配器4的第一加载孔1601或第二加载孔1501中，便可实现力的加载，将力或力矩通过加载适配器4作用在器械3的传感器13上。
62.具体实施方式二：升降杆2在底座1上螺栓紧固，根据器械3的长度，调整主工作台8和器械轴固定平台9在升降杆2上的位置，当高度确定后，通过拧紧第一燕尾形滑槽801和第二燕尾形滑槽802上的螺栓使其位置固定，将顶丝通过第一夹紧器11轴套部分的螺纹孔压紧在器械3的器械轴12外圈，器械3贯穿安装在所述调整装置10和所述器械轴固定平台9中心开设的通孔中，螺栓通过第一夹紧器11的盘状端部的螺纹孔使第一夹紧器11固定在调整装置10上，顶丝通过第二夹紧器25的轴套部分压紧在器械轴12下端，第二夹紧器25的盘状端部螺纹连接于器械轴固定平台9通孔周围的螺纹孔中，实现两点固定，将加载适配器4通过顶丝固定在器械3的器械手14圆周表面，旋转第一调整螺母104和第二调整螺母105以修正器械3的空间位置，修正后，在主工作台8的第一矩形槽803或第二矩形槽804中安装短支架5、辅助支架6或长支架7，将尼龙绳的一端绕过所安装支架上的滑轮并悬挂砝码，另一端系在第一加载孔1601或第二加载孔1501中，便可实现力的加载。
63.具体实施方式三：参照附图13对x方向加载力进行说明，将一短支架5置于主工作台8的第一矩形槽803中，将尼龙绳一端绕过所安装短滑轮杆17上的第一滑轮18并悬挂砝码，另一端系在第二加载孔1501中，利用砝码的重力对器械3施加x方向的力，将短支架5置于与附图13相对的第一矩形槽803中，重复上述步骤，即可实现对x反方向力的加载。
64.具体实施方式四：参照附图14对y方向加载力进行说明，将一短支架5置于主工作台8的第二矩形槽804中，将尼龙绳一端绕过所安装短滑轮杆17上的第一滑轮18并悬挂砝码，另一端系在第二加载孔1501中，利用砝码的重力对器械3施加y方向的力，将短支架5置于与附图14相对的第二矩形槽804中，重复上述步骤，即可实现对y反方向力的加载。
65.具体实施方式五：参照附图15对z方向加载力进行说明，将一辅助支架6置于主工作台8的第二矩形槽804中，将尼龙绳一端绕过所安装横梁22上的第三滑轮23和第四滑轮24并悬挂砝码，另一端系在第一加载孔1601中，利用砝码的重力对器械3施加z方向的载荷。
66.具体实施方式六：参照附图16对x方向加载力矩进行说明，将一短支架5置于如附
图16所述主工作台8的第二矩形槽804中，将一长支架7置于与其相对第二矩形槽804中，尼龙绳一端绕过所安装短滑轮杆17上的第一滑轮18并悬挂砝码，另一端系在第二加载孔1501中，另一尼龙绳一端绕过所安装长滑轮杆19上的第二滑轮20并悬挂砝码，另一端系在第一加载孔1601中，利用砝码的重力对器械3施加x方向的力矩，将短支架5与长支架7位置互换，重复上述步骤，即可实现对x反方向力矩的加载。
67.具体实施方式七：参照附图17对y方向加载力矩进行说明，将一短支架5置于如附图17所述主工作台8的第二矩形槽804中，将一长支架7置于与其相对第二矩形槽804中，尼龙绳一端绕过所安装短滑轮杆17上的第一滑轮18并悬挂砝码，另一端系在第二加载孔1501中，另一尼龙绳一端绕过所安装长滑轮杆19上的第二滑轮20并悬挂砝码，另一端系在第一加载孔1601中，利用砝码的重力对器械3施加y方向的力矩，将短支架5与长支架7位置互换，重复上述步骤，即可实现对y反方向力矩的加载。
68.具体实施方式八：参照附图18对z方向加载力矩进行说明，分别将两短支架5置于主工作台8的第一矩形槽803中，且相互错开，尼龙绳一端绕过所安装短滑轮杆17上的第一滑轮18并悬挂砝码，另一端系在第二加载孔1501中，两根尼龙绳平行但不共线，利用砝码的重力对器械3施加z方向的力矩，将两短支架5各自安装在第一矩形槽803另一侧，重复上述步骤，即可实现对z反方向力矩的加载。
69.除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。