正交并联六维力传感器样机在线静态标定系统的硬件及软件部分均已搭建并连接完毕,如图4-30(a)所示。将第二代正交并联六维力传感器样机安装在6自由度通用机械臂的手腕关节上即可进行在线标定实验,如图4-31(b)所示。

图4-30　样机在线静态标定实验系统

(a)六维力传感器检测系统;(b)在线静态标定

根据4.1.1节和4.1.2节所述的标定和加载方法进行传感器样机在线静态标定实验。具体实验步骤为:

(1)将传感器样机安装在空间六自由度通用机械臂的手腕关节处;

(2)根据4.1.2节所述的在线加载方法,调整机械臂位姿到传感器样机需进行标定的方向;

(3)启动24 V电源和计算机,运行标定系统软件,将测量分支初始值清零;

(4)将待标定方向的设计量程均分为20个加载值依次进行加载和卸载,力/力矩加载值之间间隔为2 N/50 N·mm,即待标定方向分别加载、卸载20次,每次增加或减少一个200 g钩码;

(5)使用软件的存储功能,依次写入每次加载时的标定力/力矩和对应的测量分支电压值;

(6)按照步骤(2)～(5),分别对空间六维力的正、负共十二个方向进行加载和记录;

(7)对记录的标定力/力矩和测量分支电压值采用最小二乘法进行线性拟合,得到标定矩阵;

(8)对传感器样机施加外力,验证传感器样机的实时检测功能。(www.daowen.com)

在线静态标定实验过程中,正交并联六维力传感器样机在x轴正方向加载标定力的部分数据如表4-2所示。

表4-2　x轴正方向加载标定力的部分数据

经过实验数据的最小二乘法处理,得到第二代正交并联六维力传感器样机的在线静态标定矩阵为

根据式(4-4)～式(4-7),对数据进行分析后得到样机的线性度矩阵为

由式(4-10)可知,样机最大Ⅰ类测量误差为6.51% F.S.,最大Ⅱ类测量误差为7.99% F.S.。可以看出,样机在六个测量主方向以及耦合方向上均有较好的线性度,实验结果表明样机在实际测量当中能够获得较好的测量精度。

实验中传感器样机对六维力的实时检测与显示如图4-31所示。实验结果证明:正交并联六维力传感器样机能够实现对六维外力的实时检测功能。

图4-31　六维力的实时检测与显示

以上实验结果可看出传感器样机能够实现六维力的实时检测,且有较好的测量线性度,能够应用在工业生产中的六维力测量任务。