吉林大学学报(工学版) ›› 2013, Vol. 43 ›› Issue (06): 1517-1522.doi: 10.7964/jdxbgxb201306014

• 论文 • 上一篇    下一篇

多传感器并联式三维测力平台及标定

宫海彬, 苏建, 徐观, 张栋林, 张益瑞   

  1. 吉林大学 交通学院, 长春 130022
  • 收稿日期:2012-10-12 出版日期:2013-11-01 发布日期:2013-11-01
  • 通讯作者: 苏建(1954-),男,教授,博士生导师.研究方向:车辆智能化检测与诊断.E-mail:sujianjd@163.com E-mail:sujianjd@163.com
  • 作者简介:宫海彬(1987-),男,博士研究生.研究方向:车辆智能化检测与诊断.E-mail:gonghaibin126@yahoo.com.cn
  • 基金资助:

    吉林省科技发展计划项目(20080356);长春市科技支撑计划项目(2010018).

Design and calibration of multi-sensor parallel 3D force measurement platform

GONG Hai-bin, SU Jian, XU Guan, ZHANG Dong-lin, ZHANG Yi-rui   

  1. College of Traffic, Jilin University, Changchun 130022, China
  • Received:2012-10-12 Online:2013-11-01 Published:2013-11-01

摘要:

针对参数测试的实际需求及现有三维力传感器的局限性,提出了一种用于高速列车转向架参数测定的三维测力平台。介绍了其结构特点及测量原理,并研发了相应的标定装置。为了解决三维测力平台维间耦合问题,在单轴加载下,分析了平台3个方向的输出特性,从而获得其静态标定矩阵。试验结果表明:本文所设计的三维测力平台偏心载荷作用下最大相对误差为0.42%,测量精度为0.25%;三向载荷同时作用下,测量精度为1.5%,该三维测力平台具有良好的抗偏载能力,能够消除维间耦合的干扰。

关键词: 仪器仪表技术, 三维测力平台, 静态标定, 并联式, 维间解耦

Abstract:

Due to the limitations of existing three-axis force sensors, a three-dimensional (3D) force measurement platform is designed and the corresponding calibration device is developed. This platform is based on the parallel technique of four 3D force sensors, and is used for parameter measurements of high-speed bogie. To solve the dimension coupling interference of the 3D force measurement platform, the output characteristics of three orientations under uniaxial loading are analyzed, and the static calibration matrix is obtained. Testing results show that the maximal relative error of the designed platform is 0.42 and the measurement accuracy is ±0.25% under eccentric load. Under simultaneous tri-axial loads, with the increases in X-and Y-axial loads, the measurement accuracy declines to ±1.5%. This 3D force measurement platform has good performance of anti-deviated load, and the dimensional coupling interference is solved in a better way.

Key words: technology of instrument and meter, 3-D force measurement platform, static calibration, parallel technique, dimension decoupling

中图分类号: 

  • TH823

[1] 王兴宇.高速列车转向架刚度测试模型及新型动态测试系统研究[D].长春:吉林大学交通学院,2010. Wang Xing-yu. Research on testing model and novel dynamic test system of high-speed train bogie stiffness[D]. Changchun: College of Traffic, Jilin University, 2010.

[2] Kistler Group. Quartz force sensor[EB/OL].[2005-05-18].http:[C]//www.kistler.com/cn/en/product/force/9203.

[3] ATI industrial automation Inc.Nano17 titanium[EB/OL].[2005-05-25].http:[C]//www.ati-ia.com/products/ft/ft_models.aspx?id=Nano17.

[4] Sorli M, Pastorelli S. Six-axis reticulated structure force/torque sensor with adaptable performances[J]. Mechatronics, 1995, 5(6): 585-601.

[5] Dwarakanath T A, Dasgupta B, Mruthyunjaya T S. Design and development of a Stewart platform-based force-torque sensor[J]. Mechatronics, 2001, 11(7): 793-809.

[6] 姚建涛,侯雨雷,牛建业,等. 大量程预紧式六维力传感器及静态标定研究[J]. 仪器仪表学报,2009,30(6):1233-1239. Yao Jian-tao, Hou Yu-lei, Niu Jian-ye, et al. Large range prestressed six-axis force sensor and study on static calibration[J]. Chinese Journal of Scientific Instrument, 2009, 30(6): 1233-1239.

[7] Watson P C, Drake S H. Pedestal and wrist force Sensors for automatic assembly[C]//In Proc of the 5th International Symposium on Industrial Robots,Chicago,Illinois,1977: 501-511.

[8] 吴强,俞志伟,吉爱红,等.一种小型电阻应变式三维力传感器的仿真设计[J]. 中国机械工程,2011,22(11): 1288-1293. Wu Qiang,Yu Zhi-wei,Ji Ai-hong, et al. Development of a miniature resistance strain three dimensional force sensor[J]. Chinese Mechanical Engineering, 2011,22(11): 1288-1293.

[9] 唐毅,葛运建,高理富. 基于一体化结构的全力测试平台的研制及其动态性能研究[J]. 仪器仪表学报,2003,24(5): 536-539. Tang Yi, Ge Yun-jian, Gao Li-fu. A new design of six axes force measuring table based on holistic structure and the study of its dynamic characteristic[J]. Chinese Journal of Scientific Instrument, 2003,24(5): 536-539.

[10] 曹会彬,孙玉香,刘利民,等. 多维力传感器耦合分析及解耦方法的研究[J].传感技术学报,2011,24(8): 1136-1140. Cao Hui-bin,Sun Yu-xiang,Liu Li-min, et al. Coupling analysis of multi-axis force sensor and research of decoupling method[J]. Chinese Journal of Sensors and Actuators, 2011,24(8): 1136-1140.

[11] 李俊国. 轮辐式力传感器结构优化分析[J].传感器与微系统,2006,25(2): 14-17. Li Jun-guo. Optimizing analysis of spoke type force transducer structure[J]. Transducer and Microsystem Technologies, 2006,25(2): 14-17.

[12] 俞志伟,宫俊,吴强,等. 小型三维力传感器的设计和解耦测试研究[J].传感技术学报,2012,25(1):38-43. Yu Zhi-wei,Gong Jun,Wu Qiang, et al. Study on design and decoupling test of a miniature three dimensions force sensor[J]. Chinese Journal of Sensors and Actuators, 2012,25(1): 38-43.

[1] 仇艳凯, 李宝仁, 杨钢, 曹博, 刘真. 新型液压消声器吸收液压系统压力脉动的机理和特性[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(4): 1085-1091.
[2] 吴疆, 徐壮, 刘丽佳, 嵇艳鞠, 李肃义. 基于环绕式血氧探头的睡眠呼吸暂停综合征检测装置原型设计与开发[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(2): 640-644.
[3] 杨诚, 宋萍, 彭文家, 金昊龙, 潘志强. 基于混合总线的装甲车辆实车综合测试系统设计[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(1): 186-198.
[4] 杨诚, 宋萍, 彭文家, 邓高寿, 刘雄军. 装甲车辆综合测试系统上位机平台设计[J]. 吉林大学学报(工学版), 2017, 47(6): 1796-1803.
[5] 柏德恩, 全齐全, 李贺, 陈雅文, 邓宗全. 伺服加载的谐波减速器启动力矩测试系统[J]. 吉林大学学报(工学版), 2017, 47(6): 1804-1810.
[6] 王天皓, 王忠福, 王雨蒙, 杨开宇, 高印寒, 马喜来. 基于混沌多项式展开法的线束串扰统计模型[J]. 吉林大学学报(工学版), 2017, 47(5): 1568-1576.
[7] 陈赫, 杨智君, 吴昭春, 冯志刚, 赵科佳, 李抵非, 田地. 标准失真模拟分量视频信号源及其校准方法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2017, 47(4): 1159-1164.
[8] 刘晓为, 李海, 翁睿, 张海峰, 赵军. 应用静电力矩改善新型转子式陀螺的动态特性[J]. 吉林大学学报(工学版), 2017, 47(3): 850-854.
[9] 林君, 赵越, 蒋川东, 王应吉. 基于优化Block反演的地面磁共振测深新方法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2017, 47(2): 530-539.
[10] 张飞, 单忠德, 任永新, 聂军刚, 刘丰. 缸盖缺陷检测系统线阵相机现场标定方法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2017, 47(2): 540-545.
[11] 訚耀保, 原佳阳, 傅俊勇. 先导阀前腔串加阻尼孔的新型双级溢流阀特性[J]. 吉林大学学报(工学版), 2017, 47(1): 129-136.
[12] 林君, 杨宇, 胡雪岩, 王世隆. 基于感性负载的瞬变电磁发射波形控制技术[J]. 吉林大学学报(工学版), 2016, 46(5): 1718-1724.
[13] 于生宝, 苏发, 郑建波, 朱占山. 基于LabVIEW的瞬变电磁接收系统设计[J]. 吉林大学学报(工学版), 2016, 46(5): 1725-1731.
[14] 申茂冬, 程德福, 安战峰, 王一, 赵静. 五棱台式全张量磁梯度探头侧面倾角优化方法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2016, 46(5): 1732-1738.
[15] 闫光, 庄炜, 刘锋, 祝连庆. 具有增敏效果的光纤光栅应变传感器的预紧封装及传感特性[J]. 吉林大学学报(工学版), 2016, 46(5): 1739-1745.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 刘松山, 王庆年, 王伟华, 林鑫. 惯性质量对馈能悬架阻尼特性和幅频特性的影响[J]. 吉林大学学报(工学版), 2013, 43(03): 557 -563 .
[2] 初亮, 王彦波, 祁富伟, 张永生. 用于制动压力精确控制的进液阀控制方法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2013, 43(03): 564 -570 .
[3] 李静, 王子涵, 余春贤, 韩佐悦, 孙博华. 硬件在环试验台整车状态跟随控制系统设计[J]. 吉林大学学报(工学版), 2013, 43(03): 577 -583 .
[4] 胡兴军, 李腾飞, 王靖宇, 杨博, 郭鹏, 廖磊. 尾板对重型载货汽车尾部流场的影响[J]. 吉林大学学报(工学版), 2013, 43(03): 595 -601 .
[5] 王同建, 陈晋市, 赵锋, 赵庆波, 刘昕晖, 袁华山. 全液压转向系统机液联合仿真及试验[J]. 吉林大学学报(工学版), 2013, 43(03): 607 -612 .
[6] 张春勤, 姜桂艳, 吴正言. 机动车出行者出发时间选择的影响因素[J]. 吉林大学学报(工学版), 2013, 43(03): 626 -632 .
[7] 马万经, 谢涵洲. 双停车线进口道主、预信号配时协调控制模型[J]. 吉林大学学报(工学版), 2013, 43(03): 633 -639 .
[8] 于德新, 仝倩, 杨兆升, 高鹏. 重大灾害条件下应急交通疏散时间预测模型[J]. 吉林大学学报(工学版), 2013, 43(03): 654 -658 .
[9] 肖赟, 雷俊卿, 张坤, 李忠三. 多级变幅疲劳荷载下预应力混凝土梁刚度退化[J]. 吉林大学学报(工学版), 2013, 43(03): 665 -670 .
[10] 肖锐, 邓宗才, 兰明章, 申臣良. 不掺硅粉的活性粉末混凝土配合比试验[J]. 吉林大学学报(工学版), 2013, 43(03): 671 -676 .