一种位姿可控的多维力传感器标定装置制造方法
【专利摘要】本发明提供的是一种位姿可控的多维力传感器标定装置。包括固定平台、驱动机构、连杆机构和动平台，驱动机构的上端与连杆机构的下端连接组成驱动连杆机构，六个驱动连杆机构的上端与动平台通过万向铰链铰接、下端与固定平台铰接构成六自由度并联机构，六个驱动连杆机构分为三组，相邻的两个驱动连杆机构为一组、呈八字设置。本发明能实现标定平台的位姿的可控变化，进而能实现对传感器的动态标定和静态标定的功能，功能全面、操作方便、标定精度高，能更好的满足实际工程上的应用。
【专利说明】一种位姿可控的多维力传感器标定装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种多维力传感器的标定装置。
【背景技术】
[0002]传感器作为信息技术和信息系统的关键基础元件和最前沿工具，它的制作水平直接影响到检测控制系统以及信息系统的技术水平。由于每年都会有大量的传感器被生产出来，所以随之而来的就是大量的对传感器的标定工作。传感器的标定精度直接影响到以后传感器使用时的测量精度。目前，国内对力传感器的标定研究主要集中在静态标定方面，对传感器的动态标定一般采用通过实验的方法测定或是采用绝对坐标的方法。但是采用绝对坐标法研制的标定设备也有自身应用的局限性，这些设备一般造价较高，标定需要的时间长，不利于在大批量生产传感器的工业上推广，不适用于批量生产时传感器的标定工作。所以工程应用急需一款标定精度高、操作简单方便，标定功能全面的力传感器标定装置。因此，设计一款多维力标定装置具有十分重要的意义。
【发明内容】
[0003]本发明目的在于提供一种具有标定精度高、操作简单方便、标定功能全面的多位姿可控的多维力传感器标定装置。
[0004]本发明的目的是这样实现的:包括固定平台、驱动机构、连杆机构和动平台，驱动机构的上端与连杆机构的下端连接组成驱动连杆机构，六个驱动连杆机构的上端与动平台通过万向铰链铰接、下端与固定平台铰接构成六自由度并联机构，六个驱动连杆机构分为三组，相邻的两个驱动连杆机构为一组、呈八字设置，六个驱动连杆机构与固定平台铰接的位置分布在固定平台的圆周上、每一组的两个铰链与圆心之间形成有20°夹角，六个驱动连杆机构与动平台铰接的位置分布在动平台的圆周上、每一组的两个铰链与圆心之间形成有30°夹角，将每组铰链的夹角的平分线与分布圆周的交点看做该组铰链与连杆的铰接位置则三个铰接位置构成等边三角形，上下两平台的两三角形位置相差60°。
[0005]本发明还可以包括:
[0006]1、所述驱动机构包括电机支柱、万向铰链支架A、伺服电机、联轴器，伺服电机安装在电机支柱中，万向铰链支架A安装在电机支柱的一端，万向铰链支架A通过十字轴与固定在固定平台上的万向铰链联接，伺服电机通过联轴器与连杆机构的丝杠联接。
[0007]2、所述连杆机构包括丝杠、丝杠螺母、伸缩套筒、筒壁、导向套，丝杠螺母安装在丝杠上，伸缩套筒与丝杠螺母固连，伸缩套筒位于筒壁内，导向套设置于筒壁与伸缩套筒之间，伸缩套筒端部通过转动套安装万向铰链支架B。
[0008]3、所述动平台包括动平台板、传感器固定平台、滑轮支撑机构、滑轮绕线机构，传感器固定平台固连动平台板中间，将滑轮绕线机构安装在滑轮支撑机构的中间位置作为初始位置后将其作为一个整体安装在动平台板的四个位置。
[0009]本发明能实现标定平台的位姿的可控变化，进而能实现对传感器的动态标定和静态标定的功能，功能全面、操作方便、标定精度高，能更好的满足实际工程上的应用。
[0010]本发明多维力传感器标定装置，具有以下特点:
[0011]1、本发明采用6自由度的并联机构刚度大、承载能力大、运动精度高、惯性小、载荷分布均匀等诸多优点，而且结构简单。
[0012]2、本发明的加载机构操作简单，而且易于控制。
[0013]3、本发明具有完全相同的分支，结构对称具有各向同性，能够很好地实现六自由度的平移和旋转运动。
[0014]4、本发明的传感器标定台的位姿是可控的，既适用于静态标定又适用于动态标定，功能全面。
[0015]5、本发明的各部分部件易于装卸，维修很方便。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是本发明的整体机构图。
[0017]图2是本发明的固定平台机构示意图。
[0018]图3是本发明的驱动机构示意图。
[0019]图4是本发明的连杆机构示意图。
[0020]图5是本发明的万向铰链机构示意图。
[0021]图6是本发明的动平台机构示意图。
[0022]图7是本发明的滑轮支撑机构的立体装配示意图。
[0023]图8是本发明的滑轮绕线装置的立体装配示意图。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图举例对本发明作进一步说明。
[0025]结合图1，本发明主要由固定平台机构1、驱动机构2、连杆机构3、万向铰链机构4、动平台机构5组成。本发明采用典型的Stewart型并联结构。该机构有上、下两个平台，通过六个伺服电机驱动的连杆机构依次联接，六个连杆机构的上端与动平台通过万向铰链铰接，而下端与固定平台铰接，构成六自由度的并联机构。所述的六个连杆机构分为三组，相邻的两个连杆机构为一组，呈八字设置。所述的六个与固定平台铰接的位置分布在Φ500的圆周上，每一组的两个铰链与圆心之间形成有20°夹角；六个与动平台铰接的位置分布在Φ300的圆周上，每一组的两个铰链与圆心之间形成有30°夹角。将每组铰链的夹角的平分线与分布圆周的交点看做该组铰链与连杆的铰接位置，三个铰接位置构成等边三角形，上下两平台的两三角形位置相差60°。
[0026]结合图2，固定平台机构I由螺钉1-1、平垫圈1-2、弹性垫圈1_3、固定平台1_4、底柱1-5组成。通过底柱1-5的特殊形状可以平稳的支撑整个机构。
[0027]结合图3，驱动机构2由以下几部分组成:轴承端盖2-1、螺钉2-2、万向铰链支架A2-3、伺服电机2-4、电机支柱2-5、螺母2_6、联轴器2_7组成。联轴器2_7可以补偿角向和轴向偏差。驱动机构通过十字轴与固定在固定平台的万向铰链联接，伺服电机2-4通过联轴器2-7与丝杠联接，从而伺服电机可以带动丝杠一起旋转。
[0028]结合图4，连杆机构3主要有端盖A3-1、丝杠3_2、毡圈3_3、角接触轴承3_4、密封圈3-5、丝杠螺母3-6、伸缩套筒3-7、筒壁A3-8、筒壁B3-9、导向套3_10、轴承挡圈3_11、圆螺母3-12、套筒B3-13、套筒A3-14、万向铰链底座盖3_15、万向铰链支架B3-16、连杆端盖3-17、止动垫圈3-18、滚动轴承3-19、筒壁C3-20组成。每个连杆分支的具体结构为万向铰-转动副-移动副-万向铰模式，当伺服电机2-4驱动丝杠3-2旋转时，丝杆螺母3-6也随之转动，又丝杆螺母3-6与伸缩套筒3-7是通过螺钉联接的，因此丝杠螺母3-6会带动伸缩套筒3-7 —起旋转。由于结构限制，决定了伸缩套筒3-7只沿导槽的方向进行直线移动，伸缩套筒3-7通过万向铰链机构与动平台联接。这种结构下想让动平台中心点到达某一特殊位置时，只需要通过控制6个伺服电机的旋转从而实现连杆机构的不同变化长度就可以在一定的空间范围内实现动平台台面的位置以及姿态的变换。
[0029]结合图5，万向铰链机构4主要有螺钉4-1、轴承端盖4-2、滚动轴承4_3、万向铰链支架4-4、十字轴4-5组成。伸缩套筒3-7与万向铰链通过十字轴4-5相联接，从而实现伸缩套筒3-7与万向铰链的相对转动。万向铰链则通过螺钉固定在动平台上。
[0030]结合图6，动平台机构5主要由动平台5-1、传感器固定平台5-2、滑轮支撑机构5-3、滑轮绕线机构5-4组成。传感器固定平台5-2通过螺钉联接在动平台5-1上。将滑轮绕线机构5-4安装在滑轮支撑机构5-3的中间位置作为初始位置，然后将其作为一个整体通过螺钉均布的联接在动平台的四个位置。当转动手柄5-3-9时，由于滑动螺母5-4-3与螺杆5-3-5之间是螺纹副传动，滑动螺母5-4-3将沿导向杆5-3-6水平移动，此时滑轮绕线机构5-4水平位置发生变化，从而带动绕在滑轮绕线机构5-4上悬挂砝码的钢丝绳的位置发生变化，实现标定力和力矩的转换。支架5-4-1安装在滑动螺母5-4-3的外侧面，将钢丝绳从支架5-4-1端部的小孔穿出，以此保证砝码和绳子不与其他运动的部件产生干涉同时可以保证施加到待标定传感器上的力是单维力。当采用静态标定时，将传感器用螺钉联接固定在传感器固定平台5-2中心，当采用动态标定时，将传感器放在一个机器人上，机器人可以处于任意的位置和姿态，传感器随机器人一起再运动到传感器固定平台5-2中心，从而可以对传感器进行动态标定。
【权利要求】
1.一种位姿可控的多维力传感器标定装置，包括固定平台、驱动机构、连杆机构和动平台，其特征是:驱动机构的上端与连杆机构的下端连接组成驱动连杆机构，六个驱动连杆机构的上端与动平台通过万向铰链铰接、下端与固定平台铰接构成六自由度并联机构，六个驱动连杆机构分为三组，相邻的两个驱动连杆机构为一组、呈八字设置，六个驱动连杆机构与固定平台铰接的位置分布在固定平台的圆周上、每一组的两个铰链与圆心之间形成有20°夹角，六个驱动连杆机构与动平台铰接的位置分布在动平台的圆周上、每一组的两个铰链与圆心之间形成有30°夹角，将每组铰链的夹角的平分线与分布圆周的交点看做该组铰链与连杆的铰接位置则三个铰接位置构成等边三角形，上下两平台的两三角形位置相差60。。
2.根据权利要求1所述的位姿可控的多维力传感器标定装置，其特征是:所述驱动机构包括电机支柱、万向铰链支架A、伺服电机、联轴器，伺服电机安装在电机支柱中，万向铰链支架A安装在电机支柱的一端，万向铰链支架A通过十字轴与固定在固定平台上的万向铰链联接，伺服电机通过联轴器与连杆机构的丝杠联接。
3.根据权利要求1或2所述的位姿可控的多维力传感器标定装置，其特征是:所述连杆机构包括丝杠、丝杠螺母、伸缩套筒、筒壁、导向套，丝杠螺母安装在丝杠上，伸缩套筒与丝杠螺母固连，伸缩套筒位于筒壁内，导向套设置于筒壁与伸缩套筒之间，伸缩套筒端部通过转动套安装万向铰链支架B。
4.根据权利要求1或2所述的位姿可控的多维力传感器标定装置，其特征是:所述动平台包括动平台板、传感器固定平台、滑轮支撑机构、滑轮绕线机构，传感器固定平台固连动平台板中间，将滑轮绕线机构安装在滑轮支撑机构的中间位置作为初始位置后将其作为一个整体安装在动平台板的四个位置。
5.根据权利要求3所述的位姿可控的多维力传感器标定装置，其特征是:所述动平台包括动平台板、传感器固定平台、滑轮支撑机构、滑轮绕线机构，传感器固定平台固连动平台板中间，将滑轮绕线机构安装在滑轮支撑机构的中间位置作为初始位置后将其作为一个整体安装在动平台板的四个位置。
【文档编号】G01L25/00GK103926038SQ201410102579
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年3月19日 优先权日:2014年3月19日
【发明者】于凌涛, 杨景, 王正雨, 孙立强, 王文杰, 李宏伟, 李洪洋, 宋华建, 张宝玉, 张涵 申请人:哈尔滨工程大学