CN105004454A - 重载单分量传感器及测量方法 - Google Patents

Abstract

重载单分量传感器及测量方法。本发明涉及一种重载传感器及其使用方法。它是一种新型的单分量传感器。包括口型刚性框架，刚性梁及弹性梁构成。连接形成类日字形结构。在弹性梁上粘贴应变片，通过弹性梁的形变放大反应立柱的形变，提高了传感器的灵敏度和精度，采用这种结构的重载单分量传感器具有结构简单、量程大、灵敏度高、精确度高等优点，可同时实现传感器的高刚度和高灵敏度，有效地解决传统单分量应变式力传感器的刚度与灵敏度的矛盾。

Description

重载单分量传感器及测量方法

技术领域

    本发明属于工业机器人领域，特别涉及一种重载单分量传感器及测量方法。

背景技术

单分量应变式测力传感器，是应变传感器的一种，目前广泛运用于工业机器人领域中承重测试，冲击力测量，切削力测量，同时也应用于高速与低速风洞中。

在工业制造领域，常常面对测量一个单方向冲力或者碰撞瞬间冲击力的情况，此时单个方向的瞬时力是很大的，普通的单分量传感器无法承受这样大的载荷。想要测量出这样一个力的数值，必须要有单分量重载传感器。重载传感器由于技术难度大，专利CN101813536A中介绍到目前在国际上技术比较成熟的主要有加拿大的 Kelk公司和瑞典的ABB公司提供的单分量大载荷传感器，国内的主要依赖进口产品，且大部分重载设备仍无法实现重载的测量。CN104155050A发明专利介绍了一种重载单分量测力计采用钢管混凝土结构作为承载体，承载体内有两组电阻应变片，一组竖直地均布在混凝土与钢管接触面，另一组有布置在钢管混凝土的中心部位，应变片的两端连接有导线，应变片上的导线由传感器壁上和底端的通孔，连接到外部的设备。以此来实现单分量重载的测量，使用钢管混凝土作为承载体，承载能力大大增加，与此同时，如此巨大的体积，灵敏度能否保证是最重要的问题。本专利所设计的重载单分量传感器的设计目的就在于保证单分量传感器具有大刚度，可以承受重载的同时，提高传感器的灵敏度。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种高刚度、和高灵敏度和高精度的大重载单分量传感器及测量方法。这种传感器结构不但继承了单分量应变式传感器的固有优点，而且将现有应变式传感器的刚度与灵敏度矛盾有效地解决。

一种重载单分量传感器，其特征在于包括：由浮动平台、固定平台、左侧立柱、右侧立柱、左刚性梁、右刚性梁及弹性梁组成，整体呈类日字形结构；其中浮动平台、固定平台、弹性梁相互平行，左侧立柱、右侧立柱、左刚性梁、右刚性梁相互平行；左刚性梁、右刚性梁长度相同；上述浮动平台、固定平台、左侧立柱、右侧立柱组成口型框结构；上述左刚性梁位于左侧立柱内侧并与左侧立柱留有缝隙，  左刚性梁的第一端与浮动平台刚性连接；上述右刚性梁位于右侧立柱内侧并与右侧立柱留有缝隙，右刚性梁的第一端与固定平台刚性连接；上述左刚性梁的第二端和右刚性梁的第二端通过所述弹性梁相连。

所述的重载单分量传感器，其特征在于：上述弹性梁的上、下表面，靠近左刚性梁和右刚性梁处分别贴有应变片，上、下表面共贴4片应变片组成惠斯顿电桥。

本发明具有如下优点：

1、结构简单

传感器由口型支撑架，两刚性杆，和弹性梁刚接成整体，结构简单、紧凑，易于贴片，且对称性较好，方便加工和微型化，降低了成本。

2、灵敏度高

由于支柱的形变不明显，当受载荷作用时，口型框架的立柱承受大部分载荷，而两刚性梁承受小部分载荷，这小部分载荷使得弹性梁产生相对较大的形变，相当于弹性梁的变形对支撑柱的形变进行放大，在弹性梁上贴装应变片，通过弹性梁的变形反映支撑柱的变形，提高了灵敏度。

3、刚度大

由于口型刚性框架，刚性梁及弹性梁三部分均为刚性连接，因为口型框架

只负责承受载荷，将天平刚度与灵敏度的矛盾巧妙化解，大大提高了传感器的刚度，使其能够承受大载荷。

4、电路简单

    当承受载荷时，弹性梁的变形可以反应所受载荷大小，通过粘贴在弹性梁上四片应变片组成惠斯顿电桥，通过电桥的电压输出来获得所加载荷的大小。电路非常简单。

附图说明

     图1为一种重载单分量传感器的三维结构示意图；

图2为一种重载单分量传感器的三视结构示意图；

    图中标号名称：1、浮动平台， 2、固定平台 ，3、左侧立柱，4、右侧立柱， 5、左刚性梁，6、右刚性梁，7、弹性梁。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细说明：

参照图1，本发明提供了一种重载单分量传感器由包括浮动平台1、固定平台2、两侧立柱、刚性梁及弹性梁7组成。其中浮动平台、固定平台、两立柱与两刚性梁为固接在一起的整体结构，两侧立柱具有高刚度，以承受大部分载荷，弹性梁具有低刚度和高灵敏度，在其上面粘贴应变片， 应变片粘贴于弹性梁的上下两面，两侧靠近直立柱的位置，上下面各两片，一共四片。使用的测量电桥是惠斯顿电桥，通过四片应变片组成惠斯顿电桥输出的电压信号来获得载荷的大小。

 参照图1，当承受载荷时，弹性梁的变形可以反应所受载荷大小，通过粘贴在弹性梁上应变片获得加载载荷的大小。

 参照图2，弹性梁与立柱之间存在缝隙，减小立柱所受载荷对弹性梁所受载荷的影响。

    该传感器具有结构简单、载荷大、灵敏度高、精度高等优点，可广泛用于机械人、风洞测力、冲击实验、切削力测量等领域。

Claims (2)

1.一种重载单分量传感器，其特征在于包括：

由浮动平台（1）、固定平台（2）、左侧立柱（3）、右侧立柱（4）、左刚性梁（5）、右刚性梁（6）及弹性梁（7）组成，整体呈类日字形结构；其中浮动平台（1）、固定平台（2）、弹性梁（7）相互平行，左侧立柱（3）、右侧立柱（4）、左刚性梁（5）、右刚性梁（6）相互平行；左刚性梁（5）、右刚性梁（6）长度相同；

上述浮动平台（1）、固定平台、左侧立柱（3）、右侧立柱（4）组成口型框结构；

上述左刚性梁（5）位于左侧立柱（3）内侧并与左侧立柱（3）留有缝隙，  左刚性梁（5）的第一端与浮动平台（1）刚性连接；

上述右刚性梁（6）位于右侧立柱（4）内侧并与右侧立柱（4）留有缝隙，右刚性梁（6）的第一端与固定平台（2）刚性连接；

上述左刚性梁（5）的第二端和右刚性梁（6）的第二端通过所述弹性梁（7）相连。

2.利用权利要求1所述的重载单分量传感器的测量方法，其特征在于：

     上述弹性梁（7）的上、下表面，靠近左刚性梁（5）和右刚性梁（6）处分别贴有应变片，上、下表面共贴4片应变片组成惠斯顿电桥；通过电桥的电压输出来获得所加载荷的大小。