用于大变形六维力传感器的标定装置及标定方法

技术领域

本发明涉及多维力传感器标定领域，特别涉及一种用于大变形六维力传感器的标定装置及标定方法。

背景技术

六维力传感器的标定是指传感器制备完成后，对各维的检测进行单独标定，即对每维的通道单独施加载荷，收集对应通道的信号输出值，然后求解载荷与信号输出值之间的标定矩阵。为使六维力传感器能够达到精确的测量功能要求，开展标定工作是必不可少的。

国内外研究人员对标定装置开展了多种形式的研究设计工作，较常见的是采用吊挂砝码式，以及作动器与标准单轴测力计组合式力施加装置，标定装置的精度决定着六维力传感器的精度，因此标定装置在六维力传感器的设计研制中起着非常重要的作用。目前已有的六维力传感器标定装置均是针对高刚度六维力传感器设计开发的，若用其对大应变六维力传感器进行标定必然导致加载力/力矩对其它维的耦合，严重影响大变形六维力传感器的精度，其中，大变形是相对于传统应变片、压电/压阻材料等而言的，而基于应变片的六维力传感器的变形量一般是微米级别，而本标定装置标定的传感器的变形量达到毫米级别。

在医疗康复器械与可穿戴设备领域，具有顺应性优势的大变形六维力传感器得到越来越多的重视和研发，而适用于大变形六维力传感器的标定装置鲜有报道。此外，现有的针对高刚度六维力传感器的标定装置，无法实现对六维力传感器一次装夹以满足六维力/力矩的标定，需通过二次调整六维力传感器的位姿或者调整力源的位置以实现各维的标定，整体标定工作较复杂。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种用于大变形六维力传感器的标定装置及标定方法，利用受力杆组件的端部的调整轮组件在调整座的椭圆曲面内滚动接触来自动调整受力位置，使标定装置具有对各维的加载力/力矩保持方向与力臂不变的特性，实现六维力传感器在大变形时消除加载力/力矩的耦合，此外，依靠重力补偿轮组件在上横梁的导向槽内的滚动调整，可满足不同受载状态始终保持对受力杆总成的重力进行抵消，从而使标定装置具有较高的标定精度，同时满足六维力传感器的一次定位安装，实现六维力/力矩的全部标定。

本发明提供了一种用于大变形六维力传感器的标定装置，其包括安装平台、导轮安装架、上横梁、受力杆组件、传感器底座、微型拉压传感器、环形螺母、重力补偿轮组件、锁扣、豁口过渡板、导向轮组件和底架。所述安装平台的定位凹槽和所述底架的竖梁的安装端连接，所述导轮安装架的第六直槽口和所述传感器底座的第二安装孔分别与所述安装平台的第一螺纹孔和第二螺纹孔连接，所述传感器底座的第二定位孔和所述安装平台的第一定位孔连接，六维力传感器位于所述传感器底座的圆形凹槽内，所述传感器底座的第八直槽口和所述六维力传感器的下端连接，所述六维力传感器的上端和所述受力杆组件中圆形安装板的第二通孔连接，所述受力杆组件中第七螺纹孔和所述微型拉压传感器的第一端连接，所述微型拉压传感器的第二端和所述环形螺母的固定端连接，所述环形螺母的工作端通过第一钢丝绳穿过所述重力补偿轮组件中小孔与所述锁扣连接，所述上横梁的台阶孔和所述导轮安装架的第四螺纹孔连接，所述豁口过渡板和所述重力补偿轮组件分别位于所述上横梁的导向槽内，所述豁口过渡板的第四通孔和所述上横梁的第六螺纹孔连接，所述导向轮组件位于所述导轮安装架的限位槽内。所述受力杆组件，其包括受力杆、支撑架、调整座组件、T型轴套、紧定螺钉和螺栓，所述受力杆的端法兰通过螺栓与所述支撑架的安装螺纹孔连接，所述调整座组件的圆轴通过T型轴套分别与所述受力杆的第一轴孔和所述支撑架的第二轴孔连接，所述紧定螺钉位于所述支撑架的限位螺孔内；所述受力杆，其包括十字梁、端法兰、第一通孔、第七螺纹孔、第一轴孔、定位凸缘、圆形安装板和第二通孔，所述十字梁的端部设有端法兰，所述端法兰的四周设有第一通孔和定位凸缘，所述端法兰的中部设有第一轴孔，所述十字梁的中部的第一端设有第七螺纹孔，所述十字梁的中部的第二端设有圆形安装板，所述圆形安装板上设有第二通孔。所述调整座组件，其包括调整座、端盖、调整轮组件和螺钉，所述调整座的螺钉孔通过螺钉和所述端盖的第三通孔连接，所述调整轮组件中过渡件的柱状长臂位于所述调整座的第七直槽口内，所述调整轮组件中第一轴承和所述调整座的曲面通孔接触。所述重力补偿轮组件，其包括第二销轴、第二卡簧、过渡环和第二轴承，所述第二轴承对称分布于所述过渡环的两端，所述第二销轴的卡簧槽依次穿过所述第二轴承的内圈和所述过渡环的内圈与所述第二卡簧连接；所述导向轮组件，其包括第三销轴、第三卡簧、导向轮和导轮座，所述导向轮通过第三销轴和第三卡簧与所述导轮座的安装孔连接，所述导轮座的中部设有过线通孔，所述导轮座的四周对称设有直槽孔，所述直槽孔分别与所述导轮安装架的第三螺纹孔和第四螺纹孔连接。

可优选的是，所述支撑架，其包括第一基座、第二轴孔、凸起、安装螺纹孔和限位螺孔，所述第一基座的中部设有第二轴孔，所述第一基座的四周均匀设有凸起，所述凸起的悬出端设有安装螺纹孔，所述凸起的侧壁对称设有限位螺孔。

可优选的是，所述调整座，其包括第二基座、曲面通孔、圆轴、螺钉孔和第七直槽口，所述第二基座的中部设有曲面通孔，所述第二基座的四周对称设有螺钉孔，所述第七直槽口对称分布在所述第二基座沿长度方向的侧面端，所述圆轴对称分布在所述第二基座沿宽度方向的侧面端。

可优选的是，所述端盖，其包括矩形面板、环状凸台和第三通孔，所述矩形面板的中部设有环状凸台，所述矩形面板的四周对称设有第三通孔。

可优选的是，所述过渡件，其包括套筒、柱状长臂和第四通孔，所述套筒的两侧面对称设有柱状长臂，所述柱状长臂的悬出端设有第四通孔。

可优选的是，所述调整轮组件，其包括第一销轴、第一卡簧、第一轴承和过渡件，所述第一轴承对称分布于所述过渡件中套筒的两端，所述第一销轴的卡簧槽依次穿过所述第一轴承的内圈和所述过渡件中套筒的内圈与所述第一卡簧连接。

本发明的另外一方面，提供一种用于用于大变形六维力传感器的标定方法，其包括以下步骤：

规定六维力传感器在标定装置的坐标并对待标定六维力传感器的每维进行标定：

S1、利用通过环形螺母和微型拉压传感器连接的第一钢丝绳，使微型拉压传感器的力值和受力杆组件的重力相等，并用锁扣锁紧第一钢丝绳；

S2、根据六维力传感器沿不同方向的标定，分别选择调整十字梁的状态、导向轮组件的位置、调整座组件的位置、豁口过渡板和重力补偿轮组件的位置；

S3、根据六维力传感器沿不同方向的标定，将第二钢丝绳的的两端分别与标定装置中不同位置连接；

S4、对六维力传感器进行标定。

可优选的是，所述步骤S2的具体实施过程为：

若需对六维力传感器沿x轴方向的标定，则调整受力杆组件中十字梁与x轴垂直的两分支中的调整座组件至水平状态，并调整该分支中支撑架上的紧定螺钉顶住调整座组件表面以保持调整轮组件中的柱状长臂保持水平姿态，调整位于导向轮安装架的侧端限位槽中导向轮组件的位置；

若需对六维力传感器沿y轴方向的标定，则调整受力杆组件中十字梁与y轴垂直的两分支中的调整座组件至水平状态，并通过该分支中支撑架上的紧定螺钉顶住调整座组件表面，以保持调整轮组件中的柱状长臂保持水平姿态，调整位于导向轮安装架的侧端限位槽中导向轮组件的位置，同时将对称布置在导向槽内的豁口过渡板和重力补偿轮组件分别进行90°转位；

若需对六维力传感器沿z轴正方向的标定，则调整受力杆组件中十字梁位于同一轴线上的两分支中的调整座组件至竖直状态，并通过该分支中支撑架上的紧定螺钉顶住调整座组件表面，以保持调整轮组件中的柱状长臂保持竖直姿态，分别调整位于导向轮安装架的限位槽中导向轮组件的位置；

若需对六维力传感器绕x轴方向的标定，则调整受力杆组件中十字梁位于同一轴线上的两分支中的调整座组件至竖直状态，并通过该分支中支撑架上的紧定螺钉顶住调整座组件表面，以保持调整轮组件中的柱状长臂保持竖直姿态，调整位于导向轮安装架的顶端限位槽中导向轮组件的位置；

若需对六维力传感器绕z轴方向的标定，则调整受力杆组件中十字梁在x轴上的两分支中的调整座组件至水平状态，并调整该分支中支撑架上的紧定螺钉顶住调整座组件表面以保持调整轮组件中的柱状长臂保持水平姿态，调整位于导向轮安装架的侧端限位槽中导向轮组件的位置。

可优选的是，所述步骤S3的具体实施过程为：

若需对六维力传感器沿x轴正方向的标定，则将两根相同的第二钢丝绳的第一端和对称分布在受力杆组件两端的调整轮组件中过渡件上的第四通孔连接，将两根相同的第二钢丝绳的第二端分别沿x轴正方向穿过对应导向轮安装架的第五直槽口，然后经导向轮向下90°转向，并穿过对应导向轮安装架的豁口和安装平台的第一直槽口与配重块连接；

若需对六维力传感器沿x轴负方向的标定，则将两根相同的第二钢丝绳的第一端和对称分布在受力杆组件两端的调整轮组件中过渡件上的第四通孔连接，将两根相同的第二钢丝绳的第二端分别沿x轴负方向穿过对应导向轮安装架的第五直槽口，然后经导向轮向下90°转向，并穿过对应导向轮安装架的豁口和安装平台的第一直槽口与配重块连接；

若需对六维力传感器沿y轴正方向的标定，则将两根相同的第二钢丝绳的第一端和对称分布在受力杆组件两端的调整轮组件中过渡件上的第四通孔连接，将两根相同的第二钢丝绳的第二端分别沿y轴正方向穿过对应导向轮安装架的第五直槽口，然后经导向轮向下90°转向，并穿过对应导向轮安装架的豁口和安装平台的第一直槽口与配重块连接；

若需对六维力传感器沿y轴负方向的标定，则将两根相同的第二钢丝绳的第一端和对称分布在受力杆组件两端的调整轮组件中过渡件上的第四通孔连接，将两根相同的第二钢丝绳的第二端分别沿y轴负方向穿过对应导向轮安装架的第五直槽口，然后经导向轮向下90°转向，并穿过对应导向轮安装架的豁口和安装平台的第一直槽口与配重块连接；

若需对六维力传感器沿z轴正方向的标定，则将两根相同的第二钢丝绳的第一端和对称分布在受力杆组件两端的调整轮组件中过渡件上的第四通孔连接，将两根相同的第二钢丝绳的第二端分别沿z轴正方向穿过对应导向轮安装架中顶端限位槽内的第一个第四直槽口，然后经过位于导向轮安装架顶端的第一个导向轮向右90°转向，在经过位于导向轮安装架顶端的第二个导向轮向下90°转向，并穿过对应导向轮安装架中顶端限位槽内的第二个第四直槽口和安装平台的第一个第二直槽口与配重块连接；

若需对六维力传感器沿z轴负方向的标定，则将两根相同的第二钢丝绳的第一端和对称分布在受力杆组件两端的调整轮组件中过渡件上的第四通孔连接，将两根相同的第二钢丝绳的第二端分别沿z轴负方向穿过对应安装平台的第三直槽口与配重块连接；

若需对六维力传感器绕x轴或者y轴方向的标定，则将第一根第二钢丝绳的第一端和对称分布在受力杆组件两端的第一个调整轮组件中过渡件上的第四通孔连接，将第一根第二钢丝绳的第二端分别沿z轴正方向穿过对应导向轮安装架中顶端限位槽内的第一个第四直槽口，然后经过位于导向轮安装架顶端的第一个导向轮向左90°转向，在经过位于导向轮安装架顶端的第三个导向轮向下90°转向，并穿过对应导向轮安装架中顶端限位槽内的第三个第四直槽口和安装平台的第二个第二直槽口与配重块连接；将第二根第二钢丝绳的第一端和对称分布在受力杆组件两端的第二个调整轮组件中过渡件上的第四通孔连接，将第二根第二钢丝绳的第二端沿z轴负方向穿过对应安装平台的第三直槽口与配重块连接；

若需对六维力传感器绕z轴方向的标定，则将两根相同的第二钢丝绳的第一端和对称分布在x轴上的受力杆组件两端的调整轮组件中过渡件上的第四通孔连接，将两根相同的第二钢丝绳的第二端分别沿x轴正方向和x轴负方向穿过对应导向轮安装架的第五直槽口，然后经导向轮向下90°转向，并穿过对应导向轮安装架的豁口和安装平台的两个第一直槽口与配重块连接。

可优选的是，所述步骤S4的具体实施过程为：

若对六维力传感器沿x轴或者y轴方向的标定，则通过锁紧锁扣，使通过第二钢丝绳与受力杆组件连接的重力补偿轮组件，受到沿x轴或者y轴向的分力，此时重力补偿轮组件沿上横梁内的导向槽滚动一段距离，从而消除六维力传感器在x轴或者y轴方向受力变形时受力杆组件的重力，根据六维力传感器在x轴或者y轴方向的量程划定步长，逐步加载载荷，读取六维力传感器沿x轴或者y轴方向的输出信号量，通过重复测量多组配重块与六维力传感器输出的电信号参数，并取平均值，完成六维力传感器在x轴或者y轴方向的标定；若对六维力传感器沿z轴方向的标定，则根据六维力传感器在z轴方向的量程划定步长，逐步加载载荷，在每次加载载荷后，通过拉紧第一钢丝绳，使微型拉压传感器监测的力值等于受力杆组件的重力时，读取六维力传感器沿z轴方向的输出信号量，通过重复测量多组配重块与六维力传感器输出的电信号参数，并取平均值，完成六维力传感器在z轴方向的标定；

若对六维力传感器绕x轴、y轴或者z轴方向的标定，则根据十字梁对称两侧的配重块的重力乘以对应力臂所得力矩之和为绕x轴、y轴或者z轴方向对六维力传感器的作用力矩，根据六维力传感器划定的步长，逐步加载载荷，待每次按步长加载并调整稳定后，读取六维力传感器输出的信号量，通过重复多组测量取平均值完成六维力传感器绕x轴、y轴或者z轴方向的标定。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1.本发明适用于大变形的六维力传感器标定，通过设置在受力杆组件端部调整座组件的椭圆面滚动接触，可以在传感器各维受载变形时自动调整受载位置，使加载方向和力矩保持不变，消除加载耦合，确保各维的标定精度。

2.本发明结构的受力杆组件连接重力补偿轮组件，在不同方向标定时均可消除受力杆组件自身的重力对标定的影响。

3.本发明可以实现六维力传感器的一次装夹，实现六维力/力矩分量的完全标定。解决了针对大变形六维力传感器的标定问题，而且使标定工作更简化。

附图说明

图1为本发明用于大变形六维力传感器的标定装置的整体结构图；

图2为本发明用于大变形六维力传感器的标定装置中导向轮安装架的结构图；

图3为本发明用于大变形六维力传感器的标定装置中上横梁的结构图；

图4为本发明用于大变形六维力传感器的标定装置中调整座组件的结构图；

图5为本发明用于大变形六维力传感器的标定装置中受力杆的结构图；

图6为本发明用于大变形六维力传感器的标定装置中支撑架的结构图；

图7为本发明用于大变形六维力传感器的标定装置中受力杆组件的结构图；

图8为本发明用于大变形六维力传感器的标定装置中调整座的结构图；

图9为本发明用于大变形六维力传感器的标定装置中加载作用点自动调整示意图；

图10为本发明用于大变形六维力传感器的标定装置中端盖的结构图；

图11为本发明用于大变形六维力传感器的标定装置中过渡件的结构图；

图12为本发明用于大变形六维力传感器的标定装置中调整轮组件的结构图；

图13为本发明用于大变形六维力传感器的标定装置中重力补偿轮组件的结构图；

图14为本发明用于大变形六维力传感器的标定装置中安装平台的结构图；

图15为本发明用于大变形六维力传感器的标定装置中传感器底座的结构图；

图16为本发明用于大变形六维力传感器的标定装置中过渡环的结构图；

图17为本发明用于大变形六维力传感器的标定装置中第二销轴的结构图；

图18为本发明用于大变形六维力传感器的标定装置中导向轮组件的结构图；

图19为本发明用于大变形六维力传感器的标定装置中底架的结构图；

图20为本发明用于大变形六维力传感器的标定装置中豁口过渡板的结构图；

图21为本发明用于大变形六维力传感器的标定装置中沿x轴正向标定示意图；

图22为本发明用于大变形六维力传感器的标定装置中沿z轴正向标定示意图；

图23为本发明用于大变形六维力传感器的标定装置中沿z轴负向标定示意图；

图24为本发明用于大变形六维力传感器的标定装置中绕x轴标定示意图；

图25为本发明用于大变形六维力传感器的标定装置中绕z轴正向标定示意图。

主要附图标记：

安装平台1，第一直槽口101，第二直槽口102，第三直槽口103，第一螺纹孔104，第一安装孔105，第二螺纹孔106，第一定位孔107，定位凹槽108，导向轮安装架2，第四直槽口201，第三螺纹孔202，限位槽203，第四螺纹孔204，第五直槽口205，第五螺纹孔206，连接法兰207，第六直槽口208，豁口209，上横梁3，凹槽301，导向槽302，大圆孔303，第六螺纹孔304，台阶孔305，受力杆组件4，受力杆41，十字梁411，端法兰412，第一通孔413，第七螺纹孔414,第一轴孔415，定位凸缘416，圆形安装板417，第二通孔418，支撑架42，第一基座421，第二轴孔422，凸起423，安装螺纹孔424，限位螺孔425，调整座组件43，调整座431，第二基座4311，曲面通孔4312，圆轴4313，螺钉孔4314，第七直槽口4315，端盖432，矩形面板4321，环状凸台4322，第三通孔4323，螺钉433，调整轮组件434，过渡件4341，套筒43411，柱状长臂43412，第四通孔43413，第一销轴4342，第一卡簧4343，第一轴承4344，T型轴套44，紧定螺钉45，螺栓46，传感器底座5，圆形凹槽501，第八直槽口502，筋板503，第二安装孔504，第二定位孔505，微型拉压传感器6，环形螺母7，重力补偿轮组件8，第二销轴81，帽端8101，销体8102，第一小孔8103，卡簧槽8104，第二卡簧82，过渡环83，第二小孔8301，第二轴承84，锁扣9，豁口过渡板10，倾斜端1001，直线端1002，第四通孔1003，倒角1004，配重块11，导向轮组件12，第三销轴121，导向轮122，导轮座123，过线通孔1231，直槽孔1232，第三卡簧124，底架13，竖梁1301，横梁1302，连接件1303，第一钢丝绳18，第二钢丝绳19。

具体实施方式

为详尽本发明之技术内容、结构特征、所达成目的及功效，以下将结合说明书附图进行详细说明。

用于大变形六维力传感器的标定装置，如图1所示，包括安装平台1、导轮安装架2、上横梁3、受力杆组件4、传感器底座5、微型拉压传感器6、环形螺母7、重力补偿轮组件8、锁扣9、豁口过渡板10、导向轮组件12和底架13。

安装平台1的定位凹槽108和底架13的竖梁1301的安装端连接，导轮安装架2圆周阵列布置在安装平台1上，导轮安装架2的第六直槽口208和传感器底座5的第二安装孔504分别与安装平台1的第一螺纹孔104和第二螺纹孔106连接，安装平台1上的第一螺纹孔104的横、竖向的间距与导向轮安装架2的第六直槽口208对应间距相等，传感器底座5的第二定位孔505和安装平台1的第一定位孔107连接，第二螺纹孔106的横、竖向间距与4个第二安装孔504的对应间距相等；第一定位孔107与第二定位孔505尺寸相等，且两者的横竖向间距对应相等，六维力传感器位于传感器底座5的圆形凹槽501内，传感器底座5的第八直槽口502和六维力传感器的下端连接，六维力传感器的上端和受力杆组件4中圆形安装板417的第二通孔418连接，受力杆组件4中第七螺纹孔414和微型拉压传感器6的第一端连接，微型拉压传感器6的第二端和环形螺母7的固定端连接，环形螺母7的工作端通过第一钢丝绳18穿过重力补偿轮组件8中小孔与锁扣9连接，微型拉压传感器6检测到的力等于受力杆组件4的重力，上横梁3的台阶孔305和导轮安装架2的第四螺纹孔204同轴配合连接，豁口过渡板10和重力补偿轮组件8分别位于上横梁3的导向槽302内，豁口过渡板10具有倒角1004的面朝上，两个豁口过渡板10对称的嵌装在上横梁3的导向槽302内，豁口过渡板10的第四通孔1003通过螺钉和上横梁3的第六螺纹孔304连接，重力补偿轮组件8位于导向槽302十字交叉位置，由嵌装的两个豁口过渡板10组成的平行槽限位，导向轮组件12位于导轮安装架2的限位槽203内。

如图14所示，安装平台1为方形板结构，安装平台1的边长等于底架13的外廓边长，安装平台1的中心对称线上设有第三直槽口103，第一直槽口101和第二直槽口102两两对称分布在第三直槽口103的两侧，第一直槽口101和第二直槽口102的长轴共线且分别与靠近的安装平台1的边缘平行，安装平台1上的每侧共中心线的两个第一直槽口101沿中心线方向的间距等于导向轮安装架2上的豁口209的间距，且两者半径相等；第一螺纹孔104位于第一直槽口101和第二直槽口102之间，第一螺纹孔104沿安装平台1的中心线对称分布，第一安装孔105位于第二直槽口102和第三直槽口103之间，第二螺纹孔106和第一定位孔107位于安装平台1的中部，定位凹槽108对称分布在安装平台1的四个顶角，定位凹槽108的长宽与底架13的竖梁1301的长宽相等。

如图2所示，导向轮安装架2呈U型结构，导向轮安装架2的安装面的中部设有限位槽203，限位槽203宽度与导向轮组件12的导轮座123的宽度相等；限位槽203的水平段分别设有第四直槽口201和第三螺纹孔202，第三螺纹孔202的横、竖向间距与导向轮组件12的直槽孔1232对应的间距相等，位于导向轮安装架2的安装面的上端的限位槽203的两侧对称设有第四螺纹孔204，第四螺纹孔204沿长轴方向的间距等于上横梁3上单侧的台阶孔305的间距，上横梁3两侧的台阶孔305的间距与两个导向轮安装架2左右同姿态安装在安装平台1上靠内侧的第四螺纹孔204的间距相等，位于导向轮安装架2的安装面的侧端的限位槽203分别设有第五直槽口205和第五螺纹孔206，侧端的限位槽203的固定端设有连接法兰207，连接法兰207上分别设有第六直槽口208和豁口209。

竖直段限位槽203内的螺纹孔206的横竖向间距与导向轮组件12的直槽孔1232对应间距相等。在每个导向轮安装架2的水平段限位槽203指定位置安装2个导向轮12，在导向轮安装架2的左右两侧的竖直限位槽203内指定位置各安装一个导向轮12，分别用于不同方向标定时钢丝绳导向。

如图3所示，上横梁3的两端的下表面对称设有凹槽301，上横梁3的两端对称设有台阶孔305，上横梁3的中部设有十字相交的导向槽302，导向槽302十字相交处布置45°倒角，导向槽302的中部设有大圆孔303，大圆孔303的半径大于六维力传感器在某方向受力所产生的变形量，大圆孔303的圆周方向均匀设有第六螺纹孔304。导向槽302的宽度、深度分别与豁口过渡板10的直线端1002宽度与厚度对应相等，且倾斜端1001的倾角为45°，倾斜端1001的尺寸与导向槽302上的倒角尺寸一致，导向槽302的宽度与重力补偿轮组件8上两侧的第二轴承84的外侧间距相等。

如图7所示，受力杆组件4，包括受力杆41、支撑架42、调整座组件43、T型轴套44、紧定螺钉45和螺栓46，受力杆41的端法兰412通过螺栓46与支撑架42的安装螺纹孔424连接，受力杆41的端法兰412面上的定位凸缘416内侧所在圆尺寸对支撑架42的凸起423外缘进行配合限位，受力杆41上的定位凸缘416进行限位确保支撑架42的第二轴孔422与受力杆41上的第一轴孔415同轴，调整座组件43的圆轴4313通过T型轴套44分别与受力杆41的第一轴孔413和支撑架42的第二轴孔422连接，T型轴套44的凸缘外径大于端法兰412面上的第一轴孔415以及支撑架42的第二轴孔422的直径，紧定螺钉45位于支撑架42的限位螺孔425内；调整座组件43可以在支撑架42和受力杆41的端法兰412组成的空间绕轴线旋转，旋转到目标位置后，可用布置在支撑架42上的紧定螺钉45进行固定。

进一步的，对大变形的六维力传感进行力矩标定时，如图9所示，会导致受力杆组件4发生倾斜，因此采用调整座431的曲面与调整轮组件434配合方式，变形状态下调整轮组件434自行调整力作用点，具体滚动到曲面上新的最高或最低点位置，该最高或最低点位置始终处于待标定六维力传感器未变形状态作用力所在直线上，确保加载载荷方向不变、力矩不变，有效消除因六维力传感器自身变形产生的加载耦合影响，以确保对大变形六维力传感器的标定精度。

如图5所示，受力杆41为十字结构，包括十字梁411、端法兰412、第一通孔413、第七螺纹孔414、第一轴孔415、定位凸缘416、圆形安装板417和第二通孔418，圆形安装板417的底面与端法兰412中心处的第一轴孔415轴线共面，十字梁411的端部设有端法兰412，端法兰412的四周设有第一通孔413和定位凸缘416，端法兰412的中部设有第一轴孔415，十字梁411的中部的第一端设有第七螺纹孔414，十字梁411的中部的第二端设有圆形安装板417，圆形安装板417上设有第二通孔418。

在本发明的一个具体实施例中，受力杆41的力臂为250mm，由于在受载偏转不同角度时，受力杆41能保持施加载荷方向和力臂不变，得到曲面通孔4312的曲面方程，具体表达式为：

y＝-2.466×10

其中，调整座431的中心对称线相交点为原点，在以中心对称线为坐标轴的坐标系下，x表示调整座431的中心对称线在长度方向所在轴线坐标，y表示调整座431的中心对称线在宽度方向所在轴线坐标。

支撑架42为类正方形结构，如图6所示，包括第一基座421、第二轴孔422、凸起423、安装螺纹孔424和限位螺孔425，第一基座421的中部设有第二轴孔422，第一基座421的四周均匀设有凸起423，凸起423的悬出端设有安装螺纹孔424，凸起423的侧壁对称设有限位螺孔425。

调整座组件43，如图4所示，包括调整座431、端盖432、调整轮组件434和螺钉433，调整座组件43的长轴方向中心线与受力杆41上的圆形安装板417的底面共面，调整座431的螺钉孔4314通过螺钉433和端盖432的第三通孔4323连接，调整轮组件434中过渡件4341的柱状长臂43412位于调整座431的第七直槽口4315内，调整轮组件434中第一轴承4344和调整座431的曲面通孔4312的弧面滚动接触。端盖432上的环状凸台4322的外缘和第三通孔4323分别与调整座431中的曲面通孔4312和螺钉孔4314对应配合，端盖432的环状凸台4322顶面间距大于调整轮组件434的两侧第一轴承4344的外缘间距。具体而言，位于调整座431两端的两个端盖432的环状凸台4322相对面之间的间距大于调整轮组件434中对称分布于过渡件4341两侧的两个轴承8D外侧面之间的间距。

调整座431，如图8所示，包括第二基座4311、曲面通孔4312、圆轴4313、螺钉孔4314和第七直槽口4315，曲面通孔4312由上下两个曲面对称组成，曲面通孔4312的长轴与第二基座4311的长轴重合，第二基座4311为倒角的长方体结构，第二基座4311的中部设有曲面通孔4312，第二基座4311的四周对称设有螺钉孔4314，贯通的第七直槽口4315对称分布在第二基座4311沿长度方向的侧面端，贯通的第七直槽口4315的长度等于曲面通孔4312的长轴长度，贯通的第七直槽口4315的宽度大于过渡件4341的柱状长臂43412的厚度，圆轴4313对称分布在第二基座4311沿宽度方向的侧面端。

端盖432，如图10所示，包括倒角的矩形面板4321、椭圆形的环状凸台4322和第三通孔4323，矩形面板4321的中部设有环状凸台4322，矩形面板4321的四周对称设有第三通孔4323，环状凸台4322的椭圆形曲率与曲面通孔4312一致。

调整轮组件434，如图12所示，包括第一销轴4342、第一卡簧4343、第一轴承4344和过渡件4341，第一销轴4342的外形结构和第二销轴81的外形结构相同，第一轴承4344对称分布于过渡件4341中套筒43411的两端，第一销轴4342的卡簧槽依次穿过第一轴承4344的内圈和过渡件4341中套筒43411的内圈与第一卡簧4343连接，第一卡簧4343限制第一销轴4342上的零件沿轴向窜动；过渡件4341的环形内径以及第一轴承4344内径分别与第一销轴4342外径配合。

过渡件4341在套筒43411的位置最宽，如图11所示，包括套筒43411、柱状长臂43412和第四通孔43413，套筒43411的两侧面对称设有柱状长臂43412，柱状长臂43412的悬出端设有第四通孔43413。具体而言，套筒43411的宽度与第七直槽口4315的宽度相等，柱状长臂43412沿套筒43411轴向的厚度小于套筒43411的厚度，安装在调整座组件43后，柱状长臂43412与第七直槽口4315不接触且两侧间距相等。

重力补偿轮组件8，如图13所示，包括第二销轴81、第二卡簧82、过渡环83和第二轴承84，第二轴承84对称分布于过渡环83的两端，第二销轴81的卡簧槽8104的依次穿过第二轴承84的内圈和过渡环83的内圈与第二卡簧82连接；锁扣9的外径小于重力补偿轮组件8上两侧第二轴承84的内侧间距。

第二销轴81，如图17所示，包括帽端8101、销体8102、第一小孔8103和卡簧槽8104，销体8102的第一端设有帽端8101，销体8102的第二端设有卡簧槽8104，销体8102的中部设有第一小孔8103，如图16所示，过渡环83的中部设有第二小孔8301，第一小孔8103和第二小孔8301的中心重合，第一小孔8103和第二小孔8301的直径相等。

导向轮组件12，如图18所示，包括第三销轴121、第三卡簧124、导向轮122和导轮座123，第三销轴121的外形结构和第二销轴81的外形结构相同，导向轮122通过第三销轴121和第三卡簧124与导轮座123的安装孔连接，导轮座123的中部设有过线通孔1231，导轮座123的四周对称设有直槽孔1232，直槽孔1232分别与导轮安装架2的第三螺纹孔202和第四螺纹孔204连接。

如图15所示，传感器底座5呈U型外翻边结构，传感器底座5的U型顶面的中部设有圆形凹槽501，圆形凹槽501的内部的圆周均匀设有第八直槽口502，传感器底座5的U型侧面对称设有筋板503、第二安装孔504和第二定位孔505。

如图20所示，豁口过渡板10的倾斜端1001和直线端1002交叉的中部设有第四通孔1003，直线端设有倒角1004，倾斜端1001的端面至第四通孔1003的距离与上横梁3的导向槽302边线至其同侧第六螺纹孔304的距离相等。

底架13，如图19所示，包括竖梁1301、横梁1302和连接件1303，竖梁通过连接件和横梁连接，竖梁1301卡入安装平台1的定位凹槽108内进行限位装配，同时横梁1302的顶面与安装平台1的底面接触进行增强支撑。

以下结合实施例对本发明一种用于大变形六维力传感器的标定装置及标定方法做进一步描述：

在本具体实施例中，用于大变形六维力传感器的标定方法是这样实现的：

规定六维力传感器在标定装置的坐标并对待标定六维力传感器的每维进行标定，对待标定六维力传感器每维的标定，包括沿坐标轴正负方向，以及绕三个轴的正负方向。将待标定六维力传感器按各维的最大量程分成若干加载步长，按步长载荷逐步加载，然后再逐步卸载，每次待标定装置稳定后分别记录六维力传感器对应的输出信号，每维标定按同样的方法进行多组取平均值以提升标定精度。

S1、利用通过环形螺母7和微型拉压传感器6连接的第一钢丝绳18，使微型拉压传感器6的力值和受力杆组件4的重力相等，并用锁扣9锁紧第一钢丝绳18，获取受力杆组件4的重力，为后续的标定过程进行消除或补偿。

安装待标定的六维力传感器，将其底面安装在传感器固定座5的圆形凹槽501内，调整待标定六维力传感器的底面安装孔与第八直槽口502对应，采用连接螺栓从下部连接固定。将待标定的六维力传感器的顶面与受力杆组件4上受力杆41的圆形安装板417底面接触连接，调整待标定六维力传感器的顶面安装孔与圆形安装板417的第二通孔418分别对应，从上侧用螺栓连接固定。

S2、若需对六维力传感器沿x轴方向的标定，如图21所示，则先在受力杆组件4的十字梁411的第七螺纹孔414上连接微型拉压传感器6，在微型拉压传感器6的上端螺柱上连接环形螺母7，第一钢丝绳18连接环形螺母7，第一钢丝绳18的另一端穿过上横梁3的大圆孔303，然后再穿入布置在上横梁3中与x轴平行的导向槽302内的重力补偿轮组件8中的第二销轴81与过渡环83同轴的第一小孔8103和第二小孔8301，并进一步穿过锁扣9，此时逐步拉紧第一钢丝绳18，并观察微型拉压传感器6监测的力值大小，当监测到的力值大小等于受力杆组件4的重力时保持稳定，用锁扣9锁紧第一钢丝绳18，如此便消除了受力杆组件4自身的重力对待标定六维力传感器的影响；接着调整受力杆组件4中十字梁411与x轴垂直的两分支中的调整座组件43至水平状态，并调整该分支中支撑架42上的紧定螺钉45顶住调整座组件43的表面，以保持调整轮组件434中的柱状长臂43412保持水平姿态，调整位于导向轮安装架2的侧端的限位槽203中导向轮组件12的位置，确保调整座组件43的中心轴线在导向轮122的绳槽最小直径的上缘水平切面内。

若需对六维力传感器沿y轴方向的标定，则先采用对x轴方向标定时的方法利用微型拉压力传感器6消除受力杆组件4的重力影响，接着调整受力杆组件4中十字梁411与y轴垂直的两分支中的调整座组件43至水平状态，并通过该分支中支撑架42上的紧定螺钉45顶住调整座组件43的表面，以保持调整轮组件434中的柱状长臂43412保持水平姿态，调整位于导向轮安装架2的侧端的限位槽203中导向轮组件12的位置，确保调整座组件43的中心轴线在导向轮122的绳槽最小直径的上缘水平切面内；同时将对称布置在导向槽302内的豁口过渡板10和重力补偿轮组件8分别进行90°转位。

若需对六维力传感器沿z轴方向的标定，如图22和图23所示，则先采用对x轴方向标定时的方法利用微型拉压力传感器6消除受力杆组件4的重力影响，接着调整受力杆组件4中十字梁411位于同一轴线上的两分支中的调整座组件43至竖直状态，并通过该分支中支撑架42上的紧定螺钉45顶住调整座组件43的表面，以保持调整轮组件434中的柱状长臂43412保持竖直姿态，分别调整位于导向轮安装架2的限位槽203中导向轮组件12的位置，确保调整座组件43的中心轴线在位于侧端的限位槽203中导向轮122的绳槽最小直径的左边缘竖直切面内，确保位于顶端的限位槽203中导向轮122的绳槽最小直径的右边缘竖直切面经过位于顶端的限位槽203内靠右侧的第四直槽口201，以及经过安装平台1上的对应边缘靠右侧的直槽口102，以及经过安装平台1上的对应边缘靠右侧的第二直槽口102。

若需对六维力传感器绕x轴方向的标定，如图24所示，则先采用对x轴方向标定时的方法利用微型拉压力传感器6消除受力杆组件4的重力影响，接着调整受力杆组件4中十字梁411位于同一轴线上的两分支中的调整座组件43至竖直状态，并通过该分支中支撑架42上的紧定螺钉45顶住调整座组件43的表面，以保持调整轮组件434中的柱状长臂43412保持竖直姿态，调整位于导向轮安装架2的顶端的限位槽203中导向轮组件12的位置，确保位于顶端的限位槽203中导向轮122的绳槽最小直径的右边缘竖直切面经过位于顶端的限位槽203内靠右侧的第四直槽口201。

若需对六维力传感器绕z轴方向的标定，则先采用对x轴方向标定时的方法利用微型拉压力传感器6消除受力杆组件4的重力影响，接着调整受力杆组件4中十字梁411在x轴上的两分支中的调整座组件43至水平状态，并调整该分支中支撑架42上的紧定螺钉45顶住调整座组件43的表面，以保持调整轮组件434中的柱状长臂43412保持水平姿态，调整位于导向轮安装架2的侧端的限位槽203中导向轮组件12的位置，确保调整座组件43的中心轴线在导向轮122的绳槽最小直径的上缘水平切面内。

S3、若需对六维力传感器沿x轴正方向的标定，如图21所示，则将两根相同的第二钢丝绳19的第一端和对称分布在受力杆组件4两端的调整轮组件434中过渡件4341上的第四通孔43413连接，将两根相同的第二钢丝绳19的第二端分别沿x轴正方向穿过对应的导向轮安装架2的第五直槽口205，然后经导向轮122向下90°转向，并穿过对应的导向轮安装架2的豁口209和安装平台1的第一直槽口101与配重块11连接。

若需对六维力传感器沿x轴负方向的标定，则将两根相同的第二钢丝绳19的第一端和对称分布在受力杆组件4两端的调整轮组件434中过渡件4341上的第四通孔43413连接，将两根相同的第二钢丝绳19的第二端分别沿x轴负方向穿过对应的导向轮安装架2的第五直槽口205，然后经导向轮122向下90°转向，并穿过对应的导向轮安装架2的豁口209和安装平台1的第一直槽口101与配重块11连接。

若需对六维力传感器沿y轴正方向的标定，则将两根相同的第二钢丝绳19的第一端和对称分布在受力杆组件4两端的调整轮组件434中过渡件4341上的第四通孔43413连接，将两根相同的第二钢丝绳19的第二端分别沿y轴正方向穿过对应的导向轮安装架2的第五直槽口205，然后经导向轮122向下90°转向，并穿过对应的导向轮安装架2的豁口209和安装平台1的第一直槽口101与配重块11连接。

若需对六维力传感器沿y轴负方向的标定，如图23所示，则将两根相同的第二钢丝绳19的第一端和对称分布在受力杆组件4两端的调整轮组件434中过渡件4341上的第四通孔43413连接，将两根相同的第二钢丝绳19的第二端分别沿y轴负方向穿过对应的导向轮安装架2的第五直槽口205，然后经导向轮122向下90°转向，并穿过对应的导向轮安装架2的豁口209和安装平台1的第一直槽口101与配重块11连接。

若需对六维力传感器沿z轴正方向的标定，如图22所示，则将两根相同的第二钢丝绳19的第一端和对称分布在受力杆组件4两端的调整轮组件434中过渡件4341上的第四通孔43413连接，将两根相同的第二钢丝绳19的第二端分别沿z轴正方向穿过对应的导向轮安装架2中顶端的限位槽203内的第一个第四直槽口201，然后经过位于导向轮安装架2顶端的第一个导向轮122向右90°转向，在经过位于导向轮安装架2顶端的第二个导向轮122向下90°转向，并穿过对应导向轮安装架2中顶端的限位槽203内的第二个第四直槽口201和安装平台1的第一个第二直槽口102与配重块11连接。在相对的另一侧导向轮安装架2上，将两个导向轮组件12以及第二钢丝绳19走向，以z轴为中心进行180°的圆轴阵列。

若需对六维力传感器沿z轴负方向的标定，如图23所示，则将两根相同的第二钢丝绳19的第一端和对称分布在受力杆组件4两端的调整轮组件434中过渡件4341上的第四通孔43413连接，将两根相同的第二钢丝绳19的第二端分别沿z轴负方向穿过对应安装平台1的第三直槽口103与配重块11连接。

若需对六维力传感器绕x轴或者y轴方向的标定，则将第一根第二钢丝绳19的第一端和对称分布在受力杆组件4两端的第一个调整轮组件434中过渡件4341上的第四通孔43413连接，将第一根第二钢丝绳19的第二端分别沿z轴正方向穿过对应导向轮安装架2中顶端的限位槽203内的第一个第四直槽口201，然后经过位于导向轮安装架2顶端的第一个导向轮122向左90°转向，在经过位于导向轮安装架2顶端的第三个导向轮122向下90°转向，并穿过对应导向轮安装架2中顶端的限位槽203内的第三个第四直槽口201和安装平台1的第二个第二直槽口102与配重块11连接；将第二根第二钢丝绳19的第一端和对称分布在受力杆组件4两端的第二个调整轮组件434中过渡件4341上的第四通孔43413连接，将第二根第二钢丝绳19的第二端沿z轴负方向穿过对应安装平台1的第三直槽口103与配重块11连接。

若需对六维力传感器绕z轴方向的标定，如图25所示，则将两根相同的第二钢丝绳19的第一端和对称分布在x轴上的受力杆组件4两端的调整轮组件434中过渡件4341上的第四通孔43413连接，将两根相同的第二钢丝绳19的第二端分别沿x轴正方向和x轴负方向穿过对应导向轮安装架2的第五直槽口205，然后经导向轮122向下90°转向，并穿过对应导向轮安装架2的豁口209和安装平台1的两个第一直槽口101与配重块11连接。

S4、若对六维力传感器沿x轴或者y轴方向的标定，则两侧第二钢丝绳19挂载相同的配重块11，且两侧配重块11的重力之和即为在x轴或者y轴方向对待标定六维力传感器的作用力；标定过程随着载荷的增加，受力杆组件4将作用力传递至待标定六维力传感器，使通过第二钢丝绳19与受力杆组件4连接的重力补偿轮组件8，受到沿x轴或者y轴向的分力，此时重力补偿轮组件8沿上横梁3内的导向槽302滚动一段距离，该距离等于待标定六维力传感器的变形量，从而消除六维力传感器在x轴或者y轴方向受力变形时受力杆组件的重力，根据六维力传感器在x轴或者y轴方向的量程划定步长，逐步加载载荷，读取六维力传感器沿x轴或者y轴方向的输出信号量，通过重复测量多组配重块11与六维力传感器输出的电信号参数，并取平均值，完成六维力传感器在x轴或者y轴方向的标定。

若对六维力传感器沿z轴方向的标定，则两侧第二钢丝绳19挂载相同的配重块11，且两侧配重块11的重力之和即为在z轴正方向对待标定六维力传感器的作用力。同样根据z方向的最大量程分成若干加载步长，按步长载荷逐步加载，然后再逐步卸载，每进行一步加载或卸载，由于待标定六维力传感器受载而沿z向变形导致初始对受力杆组件4的重力消除失效，需要重新消除受力杆组件4的重力，具体地，解开锁扣9，此时逐步拉紧第一钢丝绳18，并观察微型拉压传感器6监测的力值大小，当监测到的力值大小重新等于受力杆组件4的重力时保持稳定，再用锁扣9锁紧第二钢丝绳18，如此便消除了受力杆组件4自身的重力对待标定六维力传感器的影响。待每次稳定后，读取六维力传感器输出的信号量，每维的标定按同样的方法进行多组取平均值以提升标定精度。

若对六维力传感器绕x轴、y轴或者z轴方向的标定，则根据十字梁411对称两侧的配重块11的重力乘以对应力臂所得力矩之和为绕x轴、y轴或者z轴方向对六维力传感器的作用力矩，根据六维力传感器划定的步长，逐步加载载荷，待每次按步长加载并调整稳定后，读取六维力传感器输出的信号量，每维的标定按同样的方法进行多组取平均值以提升标定精度。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。