在线标定是将六维力传感器安装在实际工作位置,然后分别对其加载空间各方向力和力矩的一种标定方法。以设计时在测力平台建立的基坐标系做为加载标定力的基准,具体加载方法设计如下:

分别在传感器测力平台基坐标系的x轴正半轴和负半轴对称的位置设计加载点1和加载点2,y轴正半轴和负半轴对称的位置设计加载点3和加载点4,基坐标系原点处设计加载点5,其中坐标轴上的四个加载点1,2,3,4关于基坐标系原点中心对称,距原点距离均为l。传感器标定加载点分布示意图如图4-1所示。

图4-1　传感器标定加载点分布示意图

加载x轴正方向的外力时,在加载点2悬挂钩码,负载重力为G2;调整机器人位置姿,使得传感器钩码悬线仅在钩码重力作用下可竖直通过加载点1,如图4-2(a)所示。由于两点确定一条直线,则此时可确定基坐标系x轴与加载点2钩码悬线重合,x轴的正方向为沿重力的方向竖直向下,传感器仅受到沿x轴正向的负载力Fx,且有Fx=G2。

图4-2　x轴力加载示意图

(a)加载x轴正方向的外力;(b)加载x轴负方向的外力

加载x轴负方向外力的方法与正方向力的加载方法类似,在加载点1悬挂钩码,负载重力为G1;调整机器人位置姿,使得加载点1钩码悬线仅在钩码重力作用下可竖直通过加载点2,如图4-2(b)所示。此时可确定基坐标系x轴与加载点1钩码悬线重合,x轴正方向沿重力作用线竖直向上,传感器仅受沿x轴负方向的负载力Fx,且有Fx=-G1。

加载x轴正方向的外力矩时,调整机器人位置姿使传感器测力平台水平向下,在加载点3悬挂钩码,负载重力为G3,如图4-3(a)所示。此时传感器z轴的正方向沿重力的方向竖直向下,传感器受到绕x轴的正向负载力矩为Mx,有Mx=lG3,同时也受沿z轴正方向负载力Fz,有Fz=G3。

加载x轴负方向的外力矩时,调整机器人位置姿使传感器测力平台水平向下,在加载点4悬挂钩码,负载重力为G4,如图4-3所示负向负载力矩为Mx,有Mx=-lG4,同时也受沿z轴正方向负载力Fz,有Fz=G4。

图4-3　x轴力矩加载示意图

(a)加载x轴正方向的外力矩;(b)加载x轴负方向的外力矩

加载y轴正方向的外力的方法与x轴方向类似。在加载点4悬挂钩码,负载重力为G4,调整机器人位置姿,使得加载点4钩码悬线仅在钩码重力作用下可竖直通过加载点3,加载示意图如图4-4(a)所示。同理,此时y轴正方向沿重力方向竖直向下,传感器仅受沿y轴正方向的负载力Fy,且有Fy=G4。

当加载y轴负方向上的外力时,在加载点3悬挂钩码,负载的重力为G3;调整机器人位置姿,使得加载点3钩码悬线仅在钩码重力作用下可竖直通过加载点4,加载示意图如图4-4中(b)所示。此时y轴正方向沿重力作用线竖直向上,传感器仅承受沿y轴负方向负载力Fy,且有Fy=-G3。

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图4-4　y轴力加载示意图

(a)加载y轴正方向的外力;(b)加载y轴负方向的外力

加载y轴正方向的外力矩时,调整机器人位置姿使传感器测力平台水平向下,在加载点2悬挂钩码,负载重力为G2,如图4-5(a)所示。此时传感器z轴的正方向沿重力的方向竖直向下,传感器承受绕y轴的正向负载力矩My,有My=lG2,同时也受沿z轴正方向负载力Fz,有Fz=G2。

加载y轴负方向的外力矩时,调整机器人位置姿使传感器测力平台水平向下,在加载点1悬挂钩码,负载重力为G1,如图4-5(b)所示。此时传感器z轴正方向沿重力方向竖直向下,传感器承受绕y轴负向负载力矩My,有My=-lG1,同时也受沿z轴正方向负载力Fz,有Fz=G1。

图4-5　y轴力矩加载示意图

(a)加载y轴正方向的外力矩;(b)加载y轴负方向的外力矩

加载z轴正方向的力时,调整机器人位置姿使测力平台水平向下,此时z轴正方向沿重力方向竖直向下。在加载点5悬挂钩码,负载重力为G5。加载示意图如图4-6(a)所示。此时传感器仅承受了z轴正向负载力Fz,且有Fz=G5。

加载z轴负方向的力时,调整机器人位置姿使测力平台水平向上,此时z轴正方向沿重力作用线竖直向上。在加载点1、2或加载点3、4悬挂质量相等的钩码,各加载点负载重力均为G。加载示意图如图4-6(b)所示。此时传感器负载合力矩为零,因而仅受沿z轴负方向的负载力Fz,有Fz=-2G。

图4-6　z轴力加载示意图

(a)加载z轴正方向的力;(b)加载z轴负方向的力

加载z轴正方向的外力矩时,首先在加载点2悬挂钩码,调整机器人位置姿使加载点2悬挂钩码的悬线仅在钩码重力作用下能够竖直通过加载点1,此时传感器x轴的正向为沿重力方向向下。调整好传感器姿态后,取下加载点2的钩码,在加载点4悬挂钩码,负载重力为G4,如图4-7(a)所示。此时传感器承受绕z轴的正向负载力矩Mz,有Mz=lG4,同时也受沿x轴正方向负载力Fx,有Fx=G4。

加载z轴负方向的外力矩时,同样首先在加载点2悬挂钩码,调整机器人位置姿使加载点2悬挂钩码的悬线仅在钩码重力作用下能够竖直通过加载点1,此时传感器x轴正方向沿重力方向竖直向下。调整好传感器姿态后,取下加载点2的钩码,在加载点3悬挂钩码,负载重力为G3,如图4-7(b)所示。此时传感器承受绕z轴的负向负载力矩Mz,有Mz=-lG3,同时也受沿x轴的正方向的负载力Fx,有Fx=G3。

图4-7　z轴力矩加载示意图

(a)加载z轴正方向的外力矩;(b)加载z轴负方向的外力矩