CN101034023A - 六维正交解耦rss力传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种六维正交解耦RSS力传感器，其特征是：施力平台(1)和固定平台(3)之间用3组支链连接，每组支链由2个平行的支链(2)组成，每组支链主杆(2－1)在空间两两垂直，与每组支链连接的固定平台(3)在空间相互垂直；每条支链(2)有2个弹性球副(2－2)和1个转动副(2－4)，转动副杆2－3上加工有横截面为矩形的弹性转动副(2－4)，弹性转动副(2－4)的两个表面贴应变片(2－5)。本发明的弹性体与对应的并联机构力学模型完全对应，其设计理论规范成熟，因而理论设计误差小，灵敏度高；同时具有维间解耦性好、响应快和精度高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种自动控制技术领域，特别是涉及一种测量空间三维力和三维力矩的六维正交解耦力传感器。
背景技术
多维传感器的技术核心是弹性体的结构设计和制造，现有的六维力传感器弹性体有十字梁和Stewart(6-SPS)并联平台结构。前者粘贴应变片的位置要求严格，维间耦合大；后者Stewart(6-SPS)，应变片贴在杆上或弹性移动副上，贴在杆上的灵敏度比较低；贴在弹性移动副上的，由于弹性移动副侧向刚度低，造成较大的原理误差。
发明内容
为了克服现有的六维力传感器存在的弹性移动副侧向刚度低和原理误差大等不足，本发明提供一种六维正交解耦RSS力传感器，该传感器的弹性体具有解耦性，且变形部分的结构简单，从而解决了弹性移动副设计和加工误差大以及维间耦合大的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：施力平台和固定平台由3组平行的支链联接，每条支链各有2个球副(S副)和1个转动副(R副)，每组支链的两条支链结构相同且平行，每组支链的支链主杆在空间两两垂直；支链由支链主杆、弹性球副、转动副杆和转动副组成，支链主杆的两端为弹性球副，弹性球副分别与施力平台和转动副杆刚性连接，转动副杆与定平台刚性联接，转动副杆上加工有横截面为矩形的弹性转动副，其表面贴应变片；支链主杆两端的球副中心连线与转动副杆及转动副的轴线相垂直。本发明具有6个微动自由度，与被测的6个加速度分量构成对应关系，并且具有良好的解耦性。当传感器施力平台受到力或力矩作用时，六个弹性转动副上会产生相应的应变，通过外接四臂差动电桥得到相应的六个输出信号。
本发明的有益效果是：该传感器在弹性体与对应的并联机构力学模型完全对应，其设计理论规范成熟，因而理论设计误差小，灵敏度高；同时具有维间解耦性好、响应快和精度高等优点。
附图说明
图1是六维正交解耦RSS力传感器结构图；
图2是六维正交解耦RSS力传感器的机构简图；
图3是支链结构图；
图4是支链四臂差动电桥电路图。
在图1、图2、图3和图4中，1.施力平台，2.支链，3.固定平台，2-1.支链主杆，2-2.弹性球副，2-3.转动副杆，2-4.为转动副，2-5.应变片，支链端部与平台采用过盈配合联接。
具体实施方式
图1是本发明公开的一个实施例，施力平台1和固定平台3之间用3组支链连接，每组支链由两个支链2组成，它们的支链主杆2-1在空间两两垂直，与每组支链2连接的固定平台3在空间相互垂直。每组支链的结构相同且平行布置。每条支链2有2个球副(S副)和1个转动副(R副)，支链2由支链主杆2-1、弹性球副2-2、转动副杆2-3和转动副2-4组成，支链主杆2-1的两端为弹性球副2-2，弹性球副2-2与施力平台1过盈配合联接与转动副杆2-3刚性连接，转动副杆2-3与定平台3过盈配合联接，转动副杆2-3上加工有横截面为矩形的弹性转动副，其表面贴4个应变片2-5。
当施力平台受到力或力矩作用时，转动副杆2-3上的弹性转动副2-4产生变形，粘贴在弹性转动副2-4上的应变片2-5将反映出应变的大小；通过6个外接四臂差动电桥得到相应的6个支链的受力大小；通过支链内力即可求出被测力及力矩的大小和方向。
图2、图3和图4是一种用于计算机六维游戏杆的弹性体、贴片位置和电桥简图。利用该结构设计的传感器实现力信号与屏幕上可移动对象移动量的数字比例关系，从而实现游戏中的动画控制。如果施力平台设计成汽辆的轮毂外缘结构，固定平台设计成轮毂结构，此传感器可用于汽车轮胎和轮毂的受力状态。总之通过杆长和弹性转动副厚度尺寸变化，可以设计成各种不同量程和灵敏度的六维力传感器。
Claims (4)
1.一种六维正交解耦RSS力传感器，包括施力平台(1)和固定平台(3)，其特征是：施力平台(1)和固定平台(3)之间用3组支链连接，每组支链由两个支链(2)组成，每组支链主杆(2-1)在空间两两垂直，与每组支链连接的固定平台(3)在空间相互垂直；每条支链(2)有2个弹性球副(2-2)和1个转动副(2-4)，转动副杆2-3上加工有横截面为矩形的弹性转动副(2-4)，弹性转动副(2-4)的两个表面贴应变片(2-5)。
2.根据权利要求1所述的六维正交解耦RSS力传感器，其特征是：每组支链(2)的结构和位姿相同。
3.根据权利要求1或2所述的六维正交解耦RSS力传感器，其特征是：支链2由支链主杆(2-1)、弹性球副(2-2)、转动副杆(2-3)和转动副(2-4)组成，支链主杆(2-1)的两端为弹性球副(2-2)，弹性球副(2-2)与施力平台(1)过盈配合联接与转动副杆(2-3)刚性连接，转动副杆(2-3)与定平台(3)过盈配合联接。
4.根据权利要求3所述的六维正交解耦RSS力传感器，其特征是：支链主杆(2-1)两端的弹性球副(2-2)的中心连线与转动副杆(2-3)和转动副(2-4)的轴线相垂直。
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Country Status (1)
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| CN103091026A (zh) * | 2013-01-31 | 2013-05-08 | 河北联合大学 | 并联结构六维力传感器 |
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2007
- 2007-04-17 CN CN 200710061722 patent/CN101034023A/zh active Pending
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