空間大跨度繩牽并聯(lián)六維測(cè)力平臺(tái)的制作方法
【專利摘要】一種空間大跨度繩牽并聯(lián)六維測(cè)力平臺(tái)，其包括固定支柱、測(cè)力板和8條以上繩索測(cè)力支鏈，固定支柱通過螺栓固定在地面上，測(cè)力板和固定支柱通過若干條繩索測(cè)力支鏈相連接，每個(gè)固定支柱的上下均設(shè)有吊耳，測(cè)力板的上下表面上分別設(shè)有與固定支柱數(shù)量相等的吊耳，每條繩索測(cè)力支鏈均由拉力傳感器、兩段繩索和拉鉤組成，設(shè)在支鏈中部的拉力傳感器通過螺紋與兩段繩索連接，在兩段繩索的兩端即繩索測(cè)力支鏈的兩端分別設(shè)有拉鉤，通過繩索測(cè)力支鏈兩端的拉鉤分別與測(cè)力板上下表面上的吊耳及固定支柱上的吊耳相連接。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通過繩牽并聯(lián)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)空間大跨度六維力測(cè)量，維間耦合小，特別適用于大結(jié)構(gòu)體空間大噸位六維力測(cè)量。
【專利說明】空間大跨度繩牽并聯(lián)六維測(cè)力平臺(tái)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種六維力傳感器領(lǐng)域，特別涉及一種繩牽式并聯(lián)六維測(cè)力平臺(tái)。
【背景技術(shù)】
[0002]六維力傳感器能夠測(cè)量空間三維力和力矩的大小，在測(cè)力信息要求豐富、測(cè)力精度要求高的場(chǎng)合如零力示教、輪廓跟蹤、雙手協(xié)調(diào)、精密柔性裝配、多指靈巧手、機(jī)器人力反饋等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。近年來，隨著航空航天領(lǐng)域的快速發(fā)展，能在空間大跨度區(qū)域?qū)崿F(xiàn)對(duì)大結(jié)構(gòu)體空間多維力測(cè)量的測(cè)力裝置已成為目前該領(lǐng)域急需的高科技產(chǎn)品之一。這種測(cè)力裝置通常稱為重載六維測(cè)力平臺(tái)，在推力矢量測(cè)試、飛行試驗(yàn)和風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)、空間對(duì)接等航空航天領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。
[0003]在多維力傳感器領(lǐng)域，目前相關(guān)產(chǎn)品多為較小量程，且測(cè)量空間也較小的的小型多維力傳感器。多維力傳感器研制的關(guān)鍵是力敏感元件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，為此人們已提出了一些實(shí)現(xiàn)方案，例如，中國(guó)專利ZL200810025591.2公開了一種正交串聯(lián)線彈性體式六維力傳感器結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于微型化等優(yōu)點(diǎn)；中國(guó)專利ZL99102421.4公開了一種并聯(lián)解耦結(jié)構(gòu)六維力與力矩傳感器，其具有剛度高、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，但受到彈性鉸鏈的結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度限制，難以實(shí)現(xiàn)大量程多維力測(cè)量的要求。中國(guó)專利CN200810054666、CN200810054640分別公開了具有彈性鉸的并聯(lián)六維力測(cè)力平臺(tái)，由六組各含有兩個(gè)對(duì)稱整體式彈性鉸鏈一次性加工后組合而成，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工方便、易于分析建模及性能穩(wěn)定的特點(diǎn)，適用于中小載荷的六維力測(cè)量，但對(duì)于大載荷的測(cè)量存在維間耦合較大問題。
[0004]專利ZL99102526.1，ZL200710061531.1，ZL200710061521.8 分別公開了可預(yù)緊的并聯(lián)結(jié)構(gòu)為彈性體的六維力傳感器，采用球窩錐頭式球面副代替?zhèn)鹘y(tǒng)球鉸，通過中間支路或預(yù)緊平臺(tái)進(jìn)行整體預(yù)緊，該六維力傳感器結(jié)構(gòu)消除了球面副的間隙，降低了各球面副的摩擦力矩，具有便于預(yù)緊等優(yōu)點(diǎn)，但測(cè)量載荷量程受到所加預(yù)緊力的限制，因此難以應(yīng)用于大載荷六維力傳感器結(jié)構(gòu)上。因此到目前為止，高精度、大噸位多維力測(cè)量的力敏元件仍是急待解決的關(guān)鍵問題之一，特別是在空間大跨度區(qū)域?qū)崿F(xiàn)對(duì)大結(jié)構(gòu)體進(jìn)行空間六維力測(cè)量的平臺(tái)沒有可行的技術(shù)方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維間耦合小，特別適用于大結(jié)構(gòu)體空間大噸位六維力測(cè)量的空間大跨度繩牽并聯(lián)六維測(cè)力平臺(tái)。
[0006]本發(fā)明主要由測(cè)力板、四個(gè)固定支柱以及8條以上的繩索測(cè)力支鏈組成。固定支柱通過螺栓固定在地面上，測(cè)力板和固定支柱通過若干條繩索測(cè)力支鏈相連接。其中，每個(gè)固定支柱的上下均設(shè)有吊耳，測(cè)力板的上下表面上分別設(shè)有與固定支柱數(shù)量相等的吊耳，每條繩索測(cè)力支鏈均由拉力傳感器、兩段繩索和拉鉤組成，設(shè)在支鏈中部的拉力傳感器通過螺紋與兩段繩索連接，在兩段繩索的兩端即繩索測(cè)力支鏈的兩端分別設(shè)有拉鉤，通過繩索測(cè)力支鏈兩端的拉鉤分別與測(cè)力板上下表面上的吊耳及固定支柱上的吊耳相連接。[0007]分布在測(cè)力板周圍的繩索測(cè)力支鏈的數(shù)量可根據(jù)測(cè)量載荷的增大而相應(yīng)增多，從而提高測(cè)力平臺(tái)的剛度，增大量程范圍，實(shí)現(xiàn)空間大跨度大結(jié)構(gòu)體六維力測(cè)量。
[0008]繩索測(cè)力支鏈一端的拉鉤與測(cè)力板上的吊耳所形成的連接構(gòu)成S副，繩索測(cè)力支鏈另一端的拉鉤與固定支柱上的吊耳所組成的連接形成S副，拉力傳感器相當(dāng)于移動(dòng)副，因此，繩索測(cè)力支鏈為SPS結(jié)構(gòu)。繩索測(cè)力支鏈中心線為繩索拉直時(shí)的方向，其中S表示球鉸，P表示移動(dòng)副，對(duì)應(yīng)著拉力傳感器。
[0009]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0010](I)將繩牽機(jī)構(gòu)引入空間多維力測(cè)量，實(shí)現(xiàn)了在空間大跨度對(duì)大結(jié)構(gòu)體的空間多維力測(cè)量；
[0011](2)繩索測(cè)力支鏈的采用，降低了測(cè)力支鏈間耦合；
[0012](3)采用不少于8條的繩索測(cè)力支鏈連接構(gòu)成，實(shí)質(zhì)為一空間過約束并聯(lián)機(jī)構(gòu)，具有較大的結(jié)構(gòu)剛度，可通過增加繩索測(cè)力支鏈的數(shù)量進(jìn)一步提高測(cè)量量程，便于實(shí)現(xiàn)空間多維大噸位力測(cè)量；
[0013](4)對(duì)多繩索測(cè)力支鏈輸出冗余測(cè)量信息的觀測(cè)，提高其測(cè)量精度；
[0014](5)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝配調(diào)試方便，維間耦合小，大結(jié)構(gòu)體空間大噸位六維力測(cè)量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明的立體示意簡(jiǎn)圖。
[0016]圖2為本發(fā)明的應(yīng)用示意圖。
[0017]圖3為本發(fā)明固定支柱結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖4為本發(fā)明測(cè)力板結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖。
[0019]圖5為本發(fā)明繩索測(cè)力支鏈結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]在圖1所示的空間大跨度繩牽并聯(lián)六維測(cè)力平臺(tái)示意圖中，四個(gè)固定支柱5通過螺栓固定在地面上，測(cè)力板8和固定支柱通過若干條繩索測(cè)力支鏈相連接。其中，如圖3所示，每個(gè)固定支柱的上下均設(shè)有吊耳6 ;如圖4所示，測(cè)力板的上下表面上分別設(shè)有四個(gè)吊耳6 ;如圖5所示，每條繩索測(cè)力支鏈中設(shè)在支鏈中部的拉力傳感器3通過螺紋與兩段繩索2連接，在兩段繩索的兩端即繩索測(cè)力支鏈的兩端分別設(shè)有拉鉤1，通過繩索測(cè)力支鏈兩端的拉鉤分別與測(cè)力板上下表面上的吊耳及固定支柱上的吊耳相連接。
[0021 ] 如圖2所示，被測(cè)結(jié)構(gòu)體4將其所受的力傳至測(cè)力板，測(cè)力板所受力傳至各連接繩索測(cè)力支鏈，根據(jù)所測(cè)量的各個(gè)繩索測(cè)力支鏈中的拉力傳感器所受的力，經(jīng)換算可得到被測(cè)結(jié)構(gòu)體在空間中所受的六維力的大小及方向。
【權(quán)利要求】
1.一種空間大跨度繩牽并聯(lián)六維測(cè)力平臺(tái)，包括固定支柱、測(cè)力板和8條以上繩索測(cè)力支鏈，其特征在于:固定支柱通過螺栓固定在地面上，測(cè)力板和固定支柱通過若干條繩索測(cè)力支鏈相連接，每個(gè)固定支柱的上下均設(shè)有吊耳，測(cè)力板的上下表面上分別設(shè)有與固定支柱數(shù)量相等的吊耳，每條繩索測(cè)力支鏈均由拉力傳感器、兩段繩索和拉鉤組成，設(shè)在支鏈中部的拉力傳感器通過螺紋與兩段繩索連接，在兩段繩索的兩端即繩索測(cè)力支鏈的兩端分別設(shè)有拉鉤，通過繩索測(cè)力支鏈兩端的拉鉤分別與測(cè)力板上下表面上的吊耳及固定支柱上的吊耳相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空間大跨度繩牽并聯(lián)六維測(cè)力平臺(tái)，其特征在于:所述的繩索測(cè)力支鏈數(shù)量可根據(jù)被測(cè)載荷增大而相應(yīng)增多。
【文檔編號(hào)】G01L5/00GK103728072SQ201310674275
【公開日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2013年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月12日
【發(fā)明者】趙延治, 魯超, 吳詢 申請(qǐng)人:燕山大學(xué)