CN101975631B - 集成式五维微力/力矩传感器 - Google Patents

集成式五维微力/力矩传感器 Download PDF

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Abstract

本发明公布了一种集成式五维微力/力矩传感器，包括主体和应变片，传感器的主体为两个对应设置的L型结构的夹持装置，两个L型结构的夹持装置的夹持臂分别设置一对应变梁A、应变梁B和应变梁C，应变梁A两侧沿Z轴对应设置应变片，应变梁B沿Y轴对称设置应变片，应变梁C沿X轴同向设置应变片，在一对应变梁A上的内外侧分别贴有两片成“X”型的应变片，在一对应变梁C的两个应变梁内侧贴有两片成“X”型的应变片，用于分别测量力矩Tz和Tx，所述X、Y和Z轴用于表示所述集成式五维微力/力矩传感器所处的空间位置。本发明结构具有重量轻、解耦性强、结构简单，可用于微装配或微操作领域的机器人的执行器的受力检测，也可以作为机器人组成部分。

Description

集成式五维微力/力矩传感器
技术领域
本发明属于传感器技术领域，具体涉及一种新型的集成式五维微力/力矩传感器，主要应用于五维微力/力矩的检测。
背景技术
目前国内外三维到六维力传感器研究主要应用于机器人技术上，按测力原理可分为电阻应变式、电容式、压电式和光电式，按弹性体机构可以分为直接输出型和间接输出型，但设计原理及加工工艺都比较复杂，主要表现在结构上不紧凑，很难应用于微小的机器人三维力或五维力的检测。
发明内容
本发明目的是针对现有技术存在的缺陷提供一种集成式五维微力/力矩传感器。
本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：
本发明集成式五维微力/力矩传感器，包括主体和应变片，其特征在于：传感器的主体为两个对应设置的L型结构的夹持装置，两个L型结构的夹持装置的夹持臂分别设置应变梁A、应变梁B和应变梁C，应变梁A两侧沿Z轴对应设置应变片，应变梁B沿Y轴对称设置应变片，应变梁C沿X轴同向设置应变片，所述X、Y和Z轴用于表示所述集成式五维微力/力矩传感器所处的空间位置。
本发明与现有的技术相比有如下优点：
1、本发明的可以实现微小机器人手部夹持力的测量。
2、本发明的多维力传感器结构简单、工作原理清晰、加工方便、经济可行。
3、本发明的三维力传感器体积小、重量轻、解耦性强，满足微小机器人夹持器的结构设计要求，为微小机器人自主力反馈控制提供必要的设备保障。
4、本发明传感器可以实现三维力到二维力矩感知的微小机器人力检测及夹持器一体的小型设计。
附图说明
图1：本发明测试结构图。
图2：本发明另一种测试结构图。
具体实施方式
图1是夹持器的结构，当夹持物体后，空间任何方向的力都可以分解成图1所示的三个力分量，应变梁A两侧的贴片位置各粘贴一片应变片，也就是测量应变梁的Fz方向的夹持力，其应变片排号为R1，R2，R3，R4，其组成一全桥电路来测量物体受到的夹持力的大小；应变梁B两侧上下各粘贴一片应变片，其应变片排号为R5，R6，R7，R8，同样可以组成一个全桥，当受Fy方向的力时，梁B受到扭矩和弯矩的作用，A处仅受到扭矩作用，但是其应变片时在中间，应变可以忽略不计，但是在B段则受到弯矩和扭矩的作用，现在通过测量扭矩就可以测出Fy的值；应变梁C两侧的贴片位置各粘贴一片应变片，其应变片排号为R9，R10，R11，R12，分别测量应变梁的Fx方向的夹持力；从图2中可以看出还可以测量Tz和Tx，这样就变成五维力传感器。
本发明的工作原理为：当在夹持器口受到三维力，在三维力的作用下在帖有应变片部位发生变形，导致应变片长度发生变化，最终引起每个应变片的电阻发生变化，通过不同的应变片组成的电桥电路可以测出检测长方体结构受力变形下各个电桥的输出电压，通过输出电压的电压值及采集的相关解耦算法可以得到三维力的大小和方向。
必须指出，上述实施实例只是本发明实现三维或五维传感器结构设计的一种实现方式，不能据此限度本发明的保护范围，其他等同的结构任属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种集成式五维微力/力矩传感器，包括主体和应变片，其特征在于，传感器的主体为两个对应设置的L型结构的夹持装置，两个L型结构的夹持装置的夹持臂分别设置一对应变梁A、应变梁B和应变梁C，所述应变梁A两侧均设置有应变片，所述应变梁B两侧均设置有应变片，所述应变梁C两侧均设置有应变片；
所述应变梁A、应变梁B和应变梁C均为长条平板型结构，应变梁A、应变梁B和应变梁C依次连接，所述应变梁C设置在所述夹持臂的前端位置；所述应变梁B设置在所述夹持臂的中部位置，所述应变梁B的一端连接至所述应变梁C上，并且所述应变梁B垂直于所述应变梁C的所在平面；所述应变梁A设置在所述夹持臂的后端位置，所述应变梁A的一端安装在所述夹持臂的后端位置，另一端连接至所述应变梁B的另一端部，并且所述应变梁A垂直于所述应变梁B的所在平面；在应变梁A的内侧面和外侧面均设置有一个X型应变片和一个长条形应变片；在所述应变梁B的上表面和下表面均设置有一个X型应变片；在所述应变梁C的内侧面和外侧面均设置有一个X型应变片和一个长条形应变片。
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