一种多维力传感器校准装置及其校准方法-挂牌专利-西安知识产权运营服务平台

一种多维力传感器校准装置及其校准方法 实质审查生效;

专利(申请)号： CN202511785814.5
专利类型：发明;
主分类： G物理;
产业领域：六维力/力矩传感器
专利来源：高校;
申请日： 2025-12-01
原始申请人：西安电子科技大学广州研究院; 西安电子科技大学;
当前专利权人：西安电子科技大学广州研究院; 西安电子科技大学;
交易方式：转让;
其他交易方式：
参考价格（元）：￥150000
联系方式：远诺龚雪-18329540641

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专利详情

本发明涉及六维力/力矩传感器技术领域，公开了一种多维力传感器校准装置及其校准方法，多维力传感器校准装置包括工作台、固定组件和三个力矢量控制机构；固定组件包括第一固定件和第二固定件，第二固定件包括固定部和三个连接轴；三个力矢量控制机构绕固定组件分布，一个力矢量控制机构对应连接一个连接轴；力矢量控制机构包括连接件、拉线、拉力加载组件和角度调节组件；本发明所提供的多维力传感器校准装置通过三个力矢量控制机构分别与第二固定件的三个连接部对应连接，可以模拟六维力/力矩传感器在实际应用中受到的不同载荷，以及实现六维力/力矩传感器在不同量程下的校准，操作过程简单、校准效率高、灵活性高和通用性高。

【英文摘要】

The invention relates to the technical field of six-dimensional force/torque sensors, and discloses a multi-dimensional force sensor calibration device and a calibration method thereof. The multi-dimensional force sensor calibration device includes a workbench, a fixed component and three force vector control mechanisms; the fixing assembly includes a first fixing part and a second fixing part, and the second fixing part includes a fixing part and three connecting shafts; three force vector control mechanisms are distributed around the fixed assembly, and one force vector control mechanism is correspondingly connected to a connecting shaft; the force vector control mechanism includes a connecting piece, a pull wire, a tension loading component and an angle adjustment component; the multi-dimensional force sensor calibration device provided by the present invention is correspondingly connected to the three connecting parts of the second fixing member through three force vector control mechanisms It can simulate different loads experienced by the six-dimensional force/torque sensor in practical applications, and realize the calibration of the six-dimensional force/torque sensor in different measuring ranges. The operation process is simple, the calibration efficiency is high, the flexibility is high, and the versatility is high.

技术摘要（来自于incoPat

【用途】

日常用品	办公用品	标定
测量实验	传感器	六维力/力矩传感器
测量实验	测量设备	多维力传感器标定装置

【技术功效】

技术功效句	本发明的操作过程简单; 本发明能够控制生成不同量程的六维力/力矩; 可以实现六维力/力矩传感器的校准; 简化了操作流程; 从而有助于消除因施力点偏移导致的轴间串扰; 降低了设备复杂性和制造成本; 提高了校准效率; 灵活性高和通用性高; 以及一次性实现六维力/力矩传感器在不同量程下的校准; 可以使三根拉线的合力作用点精准对准六维力/力矩传感器的测量中心; 校准效率高
技术功效短语	操作过程简单; 控制生成六维力/力矩; 实现传感器校准; 简化操作流程; 消除轴间串扰; 降低设备复杂性; 提高校准效率; 通用性高; 灵活性高; 降低制造成本; 实现下校准; 测量中心精准对准; 校准效率高
技术功效1级	复杂性; 可控性; 校准; 串扰; 效率; 适用性; 灵活性; 成本; 精准性
技术功效2级	复杂性降低; 可控性; 校准; 串扰避免; 效率提高; 适用性提高; 灵活性提高; 成本降低; 精准性提高
技术功效3级	操作过程复杂性降低; 生成可控性; 实现传感器校准; 操作流程复杂性降低; 轴间串扰避免; 设备复杂性降低; 校准效率提高; 适用性提高; 灵活性提高; 制造成本降低; 实现校准; 测量中心对准精准性提高
技术功效TRIZ参数	36-系统的复杂性;37-控制与测量的复杂性;39-生产率;35-适应性、通用性;

分类号

【技术分类】

主分类号	G01L25/00; G 物理学 G01L 测量力、应力、扭矩、功、机械功率、机械效率或流体压力(重量g01g) [19850101] G01L25/00 用于测量力、扭矩、功、机械功率或机械效率的装置的测试或校准 [20060101] G01 测量;测试
IPC分类号	G01L25/00; G05D15/01;

【行业分类】

国民经济行业分类	制造业 C4011; C4015; C4090;
国民经济行业(主)	制造业 C4015; C4090;
知识密集型分类	新装备制造业 306;
学科分类	工程 A030201; A120101; A140101;
清洁能源产业分类	太阳能产业 3.1.0;
数字经济核心产业分类	数字产品制造业 010406; 010407; 010408; 010609;

其他著录项

代理机构	广州三环专利商标代理有限公司 44202
代理人	叶仕省
申请语言	汉语

权利要求

1.一种多维力传感器校准装置，用于校准六维力/力矩传感器（4），其特征在于，包括：
工作台（1）；
固定组件（2），所述固定组件（2）包括第一固定件（21）和第二固定件（22），所述第一固定件（21）固定连接于所述工作台（1）上并用于与所述六维力/力矩传感器（4）的底部相固定，所述第二固定件（22）包括固定部（221）和三个连接轴（222），所述固定部（221）用于与所述六维力/力矩传感器（4）的顶部相固定，所述连接轴（222）的一端固定连接于所述固定部（221）的外侧壁，三个所述连接轴（222）绕所述固定部（221）的中心分布，所述连接轴（222）具有第一中心轴线（10）；
三个力矢量控制机构（3），三个所述力矢量控制机构（3）绕所述固定组件（2）分布，一个所述力矢量控制机构（3）对应连接一个所述连接轴（222）；
所述力矢量控制机构（3）包括连接件（31）、拉线（32）、拉力加载组件（33）和角度调节组件（34），所述连接件（31）转动连接于所述连接轴（222），所述拉线（32）的一端固定连接于所述连接件（31）、另一端固定连接于所述拉力加载组件（33），所述角度调节组件（34）位于所述拉力加载组件（33）和所述固定组件（2）之间，所述角度调节组件（34）和所述拉线（32）连接并能够通过所述拉线（32）驱动所述连接件（31）绕所述第一中心轴线（10）转动。

2.根据权利要求1所述的多维力传感器校准装置，其特征在于，三个所述连接轴（222）的所述第一中心轴线（10）位于同一平面上，且任意两个所述连接轴（222）的所述第一中心轴线（10）相交所形成的夹角为120°。

3.根据权利要求1所述的多维力传感器校准装置，其特征在于，所述拉力加载组件（33）包括第一驱动电机（331）和滚轮（332），所述滚轮（332）套接固定于所述第一驱动电机（331）的输出轴上，所述拉线（32）的一端固定连接于所述滚轮（332）。

4.根据权利要求1所述的多维力传感器校准装置，其特征在于，所述角度调节组件（34）包括至少一个导向轮（340），所述导向轮（340）与所述拉线（32）相接触，并能够通过改变自身空间姿态来调节所述拉线（32）的延伸方向，从而驱动所述连接件（31）绕所述第一中心轴线（10）转动。

5.根据权利要求1所述的多维力传感器校准装置，其特征在于，所述角度调节组件（34）包括第二驱动电机（341）、主动轮（342）、传动带（343）、支撑件（347）、从动轮（344）、安装件（345）和滑轮组（346）；
所述主动轮（342）套接固定于所述第二驱动电机（341）的输出轴上，所述支撑件（347）固定连接于所述工作台（1）上，所述从动轮（344）具有第二中心轴线（20），所述从动轮（344）开设有中心孔（3441），所述拉线（32）穿设于所述中心孔（3441），所述从动轮（344）转动连接于所述支撑件（347），所述主动轮（342）通过所述传动带（343）和所述从动轮（344）传动连接并能够通过所述传动带（343）驱动所述从动轮（344）绕所述第二中心轴线（20）转动，所述安装件（345）固定连接于所述从动轮（344），所述滑轮组（346）连接于所述安装件（345）并位于所述从动轮（344）和所述固定组件（2）之间，所述拉线（32）绕设于所述滑轮组（346）。

6.根据权利要求5所述的多维力传感器校准装置，其特征在于，在对应连接的所述力矢量控制机构（3）和所述连接轴（222）中，所述力矢量控制机构（3）的所述第二中心轴线（20）和所述连接轴（222）的第一中心轴线（10）重合。

7.根据权利要求5所述的多维力传感器校准装置，其特征在于，所述滑轮组（346）包括第一滑轮（3461）和第二滑轮（3462），所述第一滑轮（3461）连接于所述安装件（345）并位于所述从动轮（344）和所述固定组件（2）之间，所述第二滑轮（3462）连接于所述安装件（345）并位于所述第一滑轮（3461）和所述固定组件（2）之间，所述第二滑轮（3462）的顶部高于所述第一滑轮（3461）的顶部，所述拉线（32）由所述第一滑轮（3461）的底部绕设至所述第二滑轮（3462）的顶部。

8.一种根据权利要求1‑7任一项所述的多维力传感器校准装置的校准方法，其特征在于，包括如下步骤：
固定六维力/力矩传感器（4）：将所述六维力/力矩传感器（4）的底部与所述第一固定件（21）相固定，将所述第二固定件（22）固定于所述六维力/力矩传感器（4）并使所述第二固定件（22）的中心和所述六维力/力矩传感器（4）的中心相重合；
连接力矢量控制机构（3）：将所述连接件（31）转动连接于所述第二固定件（22）的所述连接轴（222），所述拉线（32）固定连接于所述连接件（31）；
加载力矢量：根据校准需要在三个所述力矢量控制机构（3）中选择一个力矢量控制机构（3）或多个力矢量控制机构（3）对所述连接件（31）进行力矢量的加载；其中，所述拉力加载组件（33）用于调节力矢量的大小，所述角度调节组件（34）用于调节力矢量的角度，根据已知的力矢量的大小和角度获得六维力/力矩的标准力值；
与标准力值对比：将六维力/力矩传感器（4）的测量结果与所述标准力值进行对比，计算测量误差；若测量误差超出预设条件，则通过所述角度调节组件（34）调整拉线（32）的施力方向的角度，并通过所述拉力加载组件（33）调节拉线（32）的拉力大小，直至测量误差落入允许范围内；
输出校准结果：当测量误差满足预设条件时，记录当前力矢量的加载参数，加载参数包括力矢量的大小和力矢量的角度，作为六维力/力矩传感器（4）的校准基准。

专利文本

CN121740327A