專利名稱：柔性觸覺傳感器的三維力加載及標(biāo)定裝置的制作方法
柔性觸覺傳感器的三維力加載及標(biāo)定裝置技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于傳感器測(cè)試技術(shù)，特別涉及柔性觸覺傳感器的三維力加載及標(biāo)定裝置。
背景技術(shù)：
柔性觸覺傳感器是一類高精度、高分辨率、高響應(yīng)速度，具有和人類皮膚類似的感知能力，能測(cè)量大面積觸覺信息的傳感器。因此，此類傳感器近年成為機(jī)器人皮膚研究的熱點(diǎn)。
目前，典型的觸覺傳感器產(chǎn)品有美國(guó)Tekscan公司推出的壓力分布測(cè)試系統(tǒng)，它使用了一種柔性陣列傳感器，該傳感器陣列由兩片聚酯薄膜組成，兩片薄膜的內(nèi)表面分別印制列導(dǎo)線和行導(dǎo)線，當(dāng)兩片薄膜疊合時(shí)，行導(dǎo)線和列導(dǎo)線相互交叉，形成一個(gè)由若干個(gè)行列交叉點(diǎn)組成的點(diǎn)陣。陣列中的每個(gè)交叉點(diǎn)中間放置壓敏半導(dǎo)體材料構(gòu)成壓力感應(yīng)點(diǎn)，當(dāng)外力作用到這些感應(yīng)點(diǎn)上時(shí)，半導(dǎo)體阻值隨外力的變化而成比例變化，進(jìn)而可以檢測(cè)大面積的受力情況，該技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域的壓力分布測(cè)試與分析。此外，美國(guó)SPI公司、比利時(shí)RSscan公司等也在生產(chǎn)和使用柔性壓力陣列傳感器。國(guó)內(nèi)，西安交通大學(xué)研究了基于導(dǎo)電橡膠的觸覺傳感器，不但可以獲得物體表面的形狀特征，還可以得到物體滑覺信息以及相對(duì)速度。清華大學(xué)工程力學(xué)系采用導(dǎo)電橡膠為傳感器材料，成功研制了具有251點(diǎn)陣的接觸力傳感型人體足底壓力分布測(cè)量系統(tǒng)。中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所則以聚二甲基硅氧烷(PDMS)作為中間層，柔性聚酰亞胺(PI)為襯底開發(fā)了一種電容式柔性觸覺傳感器的制作方法。而中科院合肥智能機(jī)械研究所利用導(dǎo)電橡膠研制了可檢測(cè)三維力的“人工皮膚”，這是一種類似人類皮膚組織，具有整體多層陣列式結(jié)構(gòu)，能感知多維力信息的柔性多維觸覺傳感器系統(tǒng)。該傳感器使用多條分層交叉排列的行/列導(dǎo)線進(jìn)行掃描，通過檢測(cè)傳感器受力后交叉節(jié)點(diǎn)間的電阻值變化，配合高精度算法實(shí)現(xiàn)三維力測(cè)量。此類柔性觸覺傳感器采用柔性敏感材料制作而成，可以彎曲成各種非平面形狀，適用于非平面觸覺信息的測(cè)量，可用在如機(jī)器人手指、關(guān)節(jié)，以及人造皮膚等方面，展現(xiàn)了廣闊的應(yīng)用前景。除壓阻和電容技術(shù)以外，國(guó)內(nèi)外基于聚偏氟乙烯(PVDF)、光波導(dǎo)等新材料、新技術(shù)研制的機(jī)器人三維力觸覺傳感器陣列也得到蓬勃發(fā)展。
但是，由于材料成分、生產(chǎn)工藝、加工技術(shù)上的差別，以及使用環(huán)境的差異，無(wú)論使用什么材料和技術(shù)制作的傳感器，在實(shí)際輸入量與輸出的測(cè)量值之間都會(huì)存在誤差。而對(duì)于需要精密測(cè)量的場(chǎng)合，這些誤差將嚴(yán)重影響檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，甚至?xí)?dǎo)致錯(cuò)誤的結(jié)論，因此只有標(biāo)定后的傳感器才能投入實(shí)際應(yīng)用。另一方面，現(xiàn)有的傳感器標(biāo)定技術(shù)多采用線性最小二乘法，但是受到檢測(cè)原理、材料性能、多維非線性耦合等因素的影響，這種標(biāo)定方法并不適用于非線性的場(chǎng)合。因而，為提高標(biāo)定精度，開發(fā)非線性標(biāo)定方法成為近年的發(fā)展方向。非線性標(biāo)定涉及到非線性方程的許多求解算法，例如迭代法、仿生算法等，它們都需要大量的數(shù)據(jù)作為求解依據(jù)，但是目前的標(biāo)定手段多是手動(dòng)操作，不可能滿足求解非線性方程所需的密集采樣要求。另外，現(xiàn)有的標(biāo)定裝置幾乎不能對(duì)傳感器進(jìn)行不同加力方向和加力角度的精確標(biāo)定，并且缺乏對(duì)動(dòng)態(tài)測(cè)量方面的支持，因而難于對(duì)傳感器的力學(xué)特性進(jìn)行全面有效的評(píng)價(jià)。有鑒于此，迫切需要一種能為柔性觸覺傳感器提供不同方向和角度下連續(xù)加力，持續(xù)采集含時(shí)數(shù)據(jù)的標(biāo)定平臺(tái)及方法，以滿足傳感器靜態(tài)和動(dòng)態(tài)標(biāo)定的要求。經(jīng)檢索，目前有關(guān)多維力傳感器標(biāo)定裝置的專利文件有DE19616312、CN101109670A.CN101281073A 和 CN102175388A 等。其中 CN101281073A 和 CN102175388A 與本申請(qǐng)最為接近。CN101281073A中公布了一種平面陣列力學(xué)傳感器的標(biāo)定裝置和方法，該專利使用步進(jìn)電機(jī)控制加力探頭位置，可在垂直方向施加壓力，但不能實(shí)現(xiàn)多方向多角度加力。而CN102175388A中公布了一種可對(duì)曲面柔性觸覺傳感器進(jìn)行標(biāo)定的裝置，該專利使用光柵尺提高定位精度，通過并聯(lián)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)力加載頭的姿態(tài)控制及力加載，但是該裝置同樣不能精確控制加力方向及角度。也就是說，這兩項(xiàng)專利文件中提供的加力裝置，仍然不能滿足傳感器靜態(tài)和動(dòng)態(tài)標(biāo)定的要求，而且由于工作原理上的限制，必須改變位移才能產(chǎn)生加載力，而不是直接輸出加載力，這對(duì)實(shí)際操作十分不便。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種可對(duì)柔性觸覺傳感器進(jìn)行三維力加載及標(biāo)定的裝置，以滿足傳感器靜態(tài)和動(dòng)態(tài)標(biāo)定的要求。本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
本發(fā)明的柔性觸覺傳感器的三維力加載及標(biāo)定裝置，包括一個(gè)用于放置樣品的操作臺(tái)及固定樣品的夾持機(jī)構(gòu)、力加載與控制機(jī)構(gòu)及支撐架，其特征在于，所述力加載及控制機(jī)構(gòu)是由力加載桿、拉壓傳感器、微型氣缸、氣壓調(diào)節(jié)閥與氣源、電控制盒、氣路和電路連接部分組成的氣動(dòng)力機(jī)構(gòu)，或者是由力加載桿、拉壓傳感器、音圈電機(jī)與電流控制器、電控制盒及相應(yīng)的電路連接部分組成的電磁力機(jī)構(gòu)；所述力加載與控制機(jī)構(gòu)中的力加載裝置通過支撐架安裝在操作臺(tái)的上方。所述支撐架是一簡(jiǎn)支梁架，該支梁架上設(shè)置有一根可垂直移動(dòng)的導(dǎo)軌，力加載裝置安裝在該垂直導(dǎo)軌底端；或者是由機(jī)械運(yùn)動(dòng)付，例如螺母絲桿機(jī)構(gòu)、齒輪齒條機(jī)構(gòu)或蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)，構(gòu)成的具有X-Y-Z方向直線運(yùn)動(dòng)能力的三維支撐架，操作臺(tái)安裝在能實(shí)現(xiàn)沿X軸、Y軸方向移動(dòng)的支撐架底部，力加載裝置安裝在能作垂直方向移動(dòng)的Z軸導(dǎo)軌的底端，從而使得力加載裝置能相對(duì)于操作臺(tái)在X-Y-Z三維方向作直線移動(dòng)。所述力加載裝置安裝在簡(jiǎn)支梁架垂直導(dǎo)軌底端或三維支撐架Z軸導(dǎo)軌的底端，可以是將力加載裝置直接固定安裝在垂直導(dǎo)軌或Z軸導(dǎo)軌的底端，也可以在導(dǎo)軌的底端與力加載裝置的連接處設(shè)置滾動(dòng)軸承，使力加載裝置相對(duì)于導(dǎo)軌轉(zhuǎn)動(dòng)，以滿足不同使用情況的需要。為方便操作，還可在導(dǎo)軌上設(shè)置角度刻度標(biāo)記，以標(biāo)示轉(zhuǎn)動(dòng)角度。在實(shí)際使用中，為滿足加載力作用方向的變化，還可以將力加載裝置先設(shè)置在一個(gè)角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)上，然后將該角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)直接與導(dǎo)軌底端連接，或通過滾動(dòng)軸承與導(dǎo)軌底端連接。該角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括一個(gè)位于垂直平面上的半圓形滑軌、以及與之相配合的滑塊，力加載裝置與滑塊固定連接，滑塊在半圓形滑軌上滑動(dòng)，帶動(dòng)力加載裝置在與垂直導(dǎo)軌或Z軸導(dǎo)軌軸線夾角為正負(fù)90°的范圍內(nèi)變動(dòng)，也可在半圓形滑軌邊上標(biāo)注角度刻度，以更加有利于操作。本發(fā)明中的力加載及控制機(jī)構(gòu)使用了氣動(dòng)加力或電磁加力兩種方案。氣動(dòng)加力方案中以微型氣缸為力加載裝置，以空氣或氮?dú)鉃楣ぷ鹘橘|(zhì)，通過電氣比例閥控制氣缸壓力，實(shí)現(xiàn)對(duì)加載力的連續(xù)無(wú)極調(diào)節(jié)，加載力的大小可由氣缸壓力計(jì)算得出，并與拉壓傳感器的檢測(cè)值相比較，實(shí)現(xiàn)對(duì)加載力的閉環(huán)精確控制。以微型氣缸為力加載裝置，通過氣缸瞬時(shí)加壓驅(qū)使力加載桿瞬間加力，可應(yīng)用于傳感器的動(dòng)態(tài)標(biāo)定。電磁加力方案中以音圈電機(jī)為力加載裝置，通過調(diào)節(jié)流經(jīng)電機(jī)的電流大小實(shí)現(xiàn)音圈電機(jī)推力的精確控制，并通過與拉壓傳感器的檢測(cè)值相比較，達(dá)到對(duì)加載力閉環(huán)精確控制的目的。以音圈電機(jī)為力加載裝置，通過瞬間增大電流在極短的時(shí)間內(nèi)將加載力提高數(shù)十甚至數(shù)百倍，可用于傳感器的動(dòng)態(tài)標(biāo)定。以微型氣缸和音圈電機(jī)為力加載裝置，與以往力加載裝置的區(qū)別在于，兩者都是直接以加載力為控制量，而非以往驅(qū)動(dòng)電機(jī)以移動(dòng)距離為控制量，因此從原理上避免了加力過程中產(chǎn)生的加載力突躍問題，實(shí)現(xiàn)了加載力的平滑連續(xù)調(diào)節(jié)，滿足了傳感器靜態(tài)和動(dòng)態(tài)標(biāo)定的要求。
本發(fā)明的柔性觸覺傳感器的三維力加載及標(biāo)定裝置，通過具有X-Y-Z方向直線運(yùn)動(dòng)裝置的三維支撐架，并通過設(shè)置滾動(dòng)軸承來(lái)調(diào)節(jié)其水平面上的加力方向，還通過使用具有角度刻度的半圓形導(dǎo)軌控制其垂直平面上的加力角度，從而在工作平臺(tái)的上半球區(qū)域內(nèi)，能夠?qū)崿F(xiàn)以任意方向和角度進(jìn)行力加載和標(biāo)定作業(yè)，操作十分方便，這將大大擴(kuò)大其適用范圍。


下面通過實(shí)施例和附圖作進(jìn)一步描述。
圖1是所述氣動(dòng)加力及控制機(jī)構(gòu)的實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是所述電磁加力及控制機(jī)構(gòu)的實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是所述具有水平方向與傾斜角度調(diào)節(jié)能力的裝置的實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是所述具有X-Y-Z方向直線運(yùn)動(dòng)裝置的三維支撐架的實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是所述電控制盒的實(shí)施例電路模塊示意圖。
具體實(shí)施方式
參見圖1，由硬質(zhì)塑料、鋁合金或不銹鋼棒制成的力加載桿I通過螺紋接口與拉壓傳感器2連接，該拉壓傳感器再通過螺紋接口與微型氣缸的活塞11連接，而微型氣缸10也通過螺紋接口與角度調(diào)節(jié)滑塊6連接，其中力加載桿1、拉壓傳感器2和微型氣缸10的軸線重合。所述微型氣缸10通過氣壓調(diào)節(jié)閥4及PU管道3與氣源5連通。所述電控制盒8通過信號(hào)線9分別與拉壓傳感器2和氣壓調(diào)節(jié)閥4連接。微型氣缸10以空氣或氮?dú)鉃楣ぷ鹘橘|(zhì)，通過氣壓調(diào)節(jié)閥4的控制，實(shí)現(xiàn)氣體壓力、流速的無(wú)極調(diào)節(jié)，由于力加載桿I和微型氣缸活塞11固連成整體,因此改變微型氣缸10中的氣壓的大小，即實(shí)現(xiàn)力加載桿I對(duì)被標(biāo)定樣品作用力大小的調(diào)節(jié)。所用氣源5為高壓空氣鋼瓶或空氣壓縮機(jī)，使用管將其與氣壓調(diào)節(jié)閥4連接，為微型氣缸10提供工作介質(zhì)。角度調(diào)節(jié)滑塊6中部有中空“凹”槽結(jié)構(gòu)，以便與“凸”字形滑軌配合連接，滑塊側(cè)面的滑塊固定螺釘7用于鎖定滑塊位置。電控制盒8的輸入端與拉壓傳感器2的輸出端電連接，用于接收拉壓傳感器2的力檢測(cè)信號(hào)；電控制盒8的輸出端和氣壓調(diào)節(jié)閥4的輸入端電連接，將控制信號(hào)傳輸給氣壓調(diào)節(jié)閥4 ;電控制盒8上配有USB模塊，用于與計(jì)算機(jī)連接，通過計(jì)算機(jī)換算得到加載力的量值，繼而控制整個(gè)力加載過程。參見圖2，由硬質(zhì)塑料、鋁合金或不銹鋼棒制成的力加載桿I通過螺紋接口與拉壓傳感器2連接，該拉壓傳感器再通過螺紋接口與音圈電機(jī)的動(dòng)子15連接，而音圈電機(jī)14也通過螺紋接口與角度調(diào)節(jié)滑塊6連接，其中力加載桿1、拉壓傳感器2和音圈電機(jī)14的軸線重合。所述音圈電機(jī)14和電流控制器13通過導(dǎo)線12連接。所述電控制盒8通過信號(hào)線9分別與拉壓傳感器2和電流控制器13連接。音圈電機(jī)14依靠電流產(chǎn)生的電磁力工作，通過電流控制器13連續(xù)精確調(diào)節(jié)電流,可實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)推力的無(wú)極連續(xù)調(diào)節(jié)。由于力加載桿I和音圈電機(jī)的動(dòng)子15固連成整體，因此改變音圈電機(jī)14中的電流大小，即實(shí)現(xiàn)力加載桿I對(duì)被標(biāo)定樣品作用力大小的調(diào)節(jié)。角度調(diào)節(jié)滑塊6中部有中空“凹”槽結(jié)構(gòu)，以便與“凸”字形滑軌配合連接，滑塊側(cè)面的滑塊固定螺釘7用于鎖定滑塊位置。電控制盒8的輸入端與拉壓傳感器2的輸出端電連接，用于接收拉壓傳感器2的力檢測(cè)信號(hào)；電控制盒8的輸出端和電流控制器13的輸入端電連接，將控制信號(hào)傳輸給電流控制器13 ;電控制盒8上配有USB模塊，用于與計(jì)算機(jī)連接，通過計(jì)算機(jī)換算得到加載力的量值，繼而控制整個(gè)力加載過程。參見圖3，半圓形滑軌16頂端與方向調(diào)節(jié)盤18底部固定連接，方向調(diào)節(jié)盤18中間嵌套轉(zhuǎn)動(dòng)軸承17，并通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸承與Z軸導(dǎo)軌末端連接。角度調(diào)節(jié)滑塊6與半圓形滑軌16動(dòng)配合鏈接，滑塊底部具有與力加載裝置連接的螺紋接頭19，滑塊側(cè)面動(dòng)配合連接滑塊固定螺釘7。所述半圓形滑軌16以加力點(diǎn)為圓心呈半圓形彎曲，橫截面成“凸”字形，表面標(biāo)示角度刻度，可精確指示傾斜角度。所述方向調(diào)節(jié)盤18通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸承17與Z軸導(dǎo)軌連接，因此可以Z軸導(dǎo)軌為軸心旋轉(zhuǎn)，配合表面上的角度刻度，可精確控制水平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)方向角。角度調(diào)節(jié)滑塊6中部有中空“凹”槽結(jié)構(gòu)，與半圓形的“凸”字形滑軌16動(dòng)配合連接，可沿半圓形滑軌做弧形運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)在垂直平面內(nèi)精確調(diào)節(jié)傾斜角度，滑塊側(cè)面的滑塊固定螺釘7用于鎖定滑塊位置。由于力加載裝置與角度調(diào)節(jié)滑塊6固連成整體，半圓形滑軌16又與方向調(diào)節(jié)盤18固連成整體，因此組合調(diào)節(jié)方向調(diào)節(jié)盤18和角度調(diào)節(jié)滑塊6，即實(shí)現(xiàn)在操作臺(tái)的上半球區(qū)內(nèi)以力加載點(diǎn)為中心的力加載方向和角度的任意調(diào)節(jié)。參見圖4，Y軸支撐架23垂直固定安裝在Y軸導(dǎo)軌22上，Y軸燕尾導(dǎo)向槽21平行于Y軸安裝在操作臺(tái)33側(cè)面，Y軸位移調(diào)節(jié)旋鈕20置于操作臺(tái)33的另一側(cè)，其安裝面與Y軸燕尾導(dǎo)向槽21的安裝面相互垂直。Y軸導(dǎo)軌22與Y軸燕尾導(dǎo)向槽21動(dòng)配合連接，并通過絲杠副與Y軸位移調(diào)節(jié)旋鈕20動(dòng)配合連接。由于Y軸支撐架23與Y軸導(dǎo)軌22固連成整體，因此轉(zhuǎn)動(dòng)Y軸位移調(diào)節(jié)旋鈕20，即實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)Y軸支撐架23沿Y軸燕尾導(dǎo)向槽21作直線運(yùn)動(dòng)。X軸導(dǎo)軌25與Y軸垂直，水平固定安裝于Y軸支撐架23頂端，X軸燕尾導(dǎo)向槽26平行安裝于X軸橫梁27底部，X軸位移調(diào)節(jié)旋鈕24置于Y軸支撐架23頂部側(cè)面。由于X軸橫梁27通過X軸燕尾導(dǎo)向槽26與X軸導(dǎo)軌25動(dòng)配合連接，并通過齒條-齒輪結(jié)構(gòu)與X軸位移調(diào)節(jié)旋鈕24動(dòng)配合連接，因此轉(zhuǎn)動(dòng)X軸位移調(diào)節(jié)旋鈕24，即實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)X軸橫梁27沿X軸導(dǎo)軌25做直線運(yùn)動(dòng)。Z軸支撐架30側(cè)面固定連接在X軸橫梁27末端，并垂直于水平面。Z軸支撐架30內(nèi)部為中空結(jié)構(gòu)，固定安裝Z軸導(dǎo)向槽28，Z軸位移調(diào)節(jié)旋鈕31置于Z軸支撐架30外側(cè)。Z軸導(dǎo)軌29與Z軸導(dǎo)向槽28動(dòng)配合連接穿過Z軸支撐架30，并通過齒條-齒輪結(jié)構(gòu)與Z軸位移調(diào)節(jié)旋鈕31動(dòng)配合連接，因此轉(zhuǎn)動(dòng)Z軸位移調(diào)節(jié)旋鈕31，即實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)Z軸導(dǎo)軌29沿Z軸導(dǎo)向槽28做直線運(yùn)動(dòng)。
Z軸導(dǎo)軌29末端通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸承與方向調(diào)節(jié)盤18連接，方向調(diào)節(jié)盤18與半圓形滑軌16固連成整體，因此轉(zhuǎn)動(dòng)Y軸位移調(diào)節(jié)旋鈕20、X軸位移調(diào)節(jié)旋鈕24和Z軸位移調(diào)節(jié)旋鈕31，即實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)方向與角度調(diào)節(jié)裝置在X-Y-Z方向做三維直線運(yùn)動(dòng)。
操作臺(tái)33位于Z軸導(dǎo)軌29正下方，通過側(cè)面的Y軸燕尾導(dǎo)向槽21與整個(gè)三維支撐架結(jié)構(gòu)動(dòng)配合連接，操作臺(tái)33表面放置樣品夾持器32用于固定樣品。
參見圖5，電控制盒的信號(hào)輸入模塊34與拉壓傳感器的信號(hào)輸出端電連接，信號(hào)輸出模塊35與壓力調(diào)節(jié)閥或電流控制器的信號(hào)輸入端電連接，電控制盒通過USB通訊模塊37與計(jì)算機(jī)38電連接。信號(hào)輸入模塊34接收拉壓傳感器實(shí)時(shí)傳輸?shù)耐屏π盘?hào)，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換、信號(hào)放大模塊39后提供給單片機(jī)36處理；單片機(jī)36在接收信號(hào)輸入模塊34傳入信號(hào)的同時(shí)，通過USB通訊模塊37與計(jì)算機(jī)38交換信息，并將執(zhí)行命令經(jīng)信號(hào)輸出模塊35提交給加力控制機(jī)構(gòu)。
上述實(shí)施方式中，所述微型氣缸、拉壓傳感器、音圈電機(jī)等材料均由市場(chǎng)直接購(gòu)得。
權(quán)利要求
1.一種柔性觸覺傳感器的三維力加載及標(biāo)定裝置，包括一個(gè)用于放置樣品的操作臺(tái)及固定樣品的夾持機(jī)構(gòu)、力加載裝置與控制機(jī)構(gòu)及支撐架，其特征在于，所述力加載裝置及控制機(jī)構(gòu)是由力加載桿、拉壓傳感器、微型氣缸、氣壓調(diào)節(jié)閥與氣源、電控制盒、氣路和電路連接部分組成的氣動(dòng)力機(jī)構(gòu)，或者是由力加載桿、拉壓傳感器、音圈電機(jī)與電流控制器、電控制盒及相應(yīng)的電路連接部分組成的電磁力機(jī)構(gòu)；所述力加載裝置通過支撐架安裝在操作臺(tái)的上方。
2.如權(quán)利要求1的柔性觸覺傳感器的三維力加載及標(biāo)定裝置，其特征在于，所述支撐架是一簡(jiǎn)支梁架，該支梁架上設(shè)置有一根可垂直移動(dòng)的導(dǎo)軌，力加載裝置安裝在該垂直導(dǎo)軌底端；或者是由機(jī)械運(yùn)動(dòng)付構(gòu)成的具有X-Y-Z方向直線運(yùn)動(dòng)裝置的三維支撐架，操作臺(tái)安裝在能實(shí)現(xiàn)沿Y軸或X軸方向移動(dòng)的支撐架底部，力加載裝置安裝在能作垂直方向移動(dòng)的Z軸導(dǎo)軌的底端，使加載裝置相對(duì)于操作臺(tái)在X-Y-Z三維方向作直線移動(dòng)。
3.如權(quán)利要求2的柔性觸覺傳感器的三維力加載及標(biāo)定裝置，其特征在于，所述力加載裝置安裝在垂直導(dǎo)軌底端或三維支撐架Z軸導(dǎo)軌的底端，是在導(dǎo)軌的底端和力加載裝置的連接處設(shè)置滾動(dòng)軸承，使力加載裝置相對(duì)于垂直導(dǎo)軌或Z軸導(dǎo)軌轉(zhuǎn)動(dòng)。
4.如權(quán)利要求3的柔性觸覺傳感器的三維力加載及標(biāo)定裝置，其特征在于，所述垂直導(dǎo)軌底端或Z軸導(dǎo)軌的底端與力加載裝置的連接處設(shè)置滾動(dòng)軸承時(shí)，在垂直導(dǎo)軌或Z軸導(dǎo)軌上設(shè)置角度刻度標(biāo)記。
5.如權(quán)利要求2的柔性觸覺傳感器的三維力加載及標(biāo)定裝置，其特征在于，所述的力加載裝置安裝在垂直導(dǎo)軌底端或Z軸導(dǎo)軌的底端，是先將力加載裝置設(shè)置在一個(gè)角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)上，然后將該角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)與垂直導(dǎo)軌或Z軸導(dǎo)軌底端連接，或者通過滾動(dòng)軸承與垂直導(dǎo)軌或Z軸導(dǎo)軌底端連接。
6.如權(quán)利要求5的柔性觸覺傳感器的三維力加載及標(biāo)定裝置，其特征在于，所述角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括一個(gè)位于垂直平面上的半圓形滑軌、及與之相配合的滑塊，力加載裝置與滑塊固定連接，滑塊在半圓形滑軌上滑動(dòng)，帶動(dòng)力加載裝置在與垂直導(dǎo)軌或Z軸導(dǎo)軌軸線的夾角為正負(fù)90°的范圍內(nèi)變動(dòng)。
7.如權(quán)利要求6的柔性觸覺傳感器的三維力加載及標(biāo)定裝置，其特征在于，所述角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的半圓形滑軌上標(biāo)注有角度刻度。
全文摘要
本發(fā)明屬于傳感器測(cè)試技術(shù)，特別涉及柔性觸覺傳感器的三維力加載及標(biāo)定裝置。該裝置包括放置樣品的操作臺(tái)及夾持機(jī)構(gòu)、力加載裝置與控制機(jī)構(gòu)、方向與角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)及支撐架。力加載裝置及控制機(jī)構(gòu)是力加載桿、拉壓傳感器、微型氣缸、氣壓調(diào)節(jié)閥與氣源、電控制盒等組成的氣動(dòng)力機(jī)構(gòu)；或是力加載桿、拉壓傳感器、音圈電機(jī)、電流控制器、電控制盒等組成的電磁力機(jī)構(gòu)。支撐架是簡(jiǎn)支撐或由機(jī)械運(yùn)動(dòng)付構(gòu)成的X-Y-Z直線運(yùn)動(dòng)三維支撐架。力加載裝置直接或通過方向與角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)安裝在操作臺(tái)上方支撐架上。本發(fā)明以加載力為控制量，加載力能平滑連續(xù)調(diào)節(jié)，滿足了傳感器靜態(tài)和動(dòng)態(tài)標(biāo)定要求，能在工作平臺(tái)上半球區(qū)域內(nèi)，實(shí)現(xiàn)任意方向和角度的力加載和標(biāo)定作業(yè)。
文檔編號(hào)G01L25/00GK103148983SQ20131007348
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月7日
發(fā)明者潘宏青, 雙豐, 莊學(xué)坤, 孫鑫, 汪玉冰, 王耀雄, 高放, 王菲露, 葛運(yùn)建 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院