CN108444632A - 基于sps支链的并联结构六维力测量传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于SPS支链的并联结构六维力测量传感器，包含基座与测力单元；所述基座包含第一平台(2)与第二平台(3)；所述测力单元包含SPS柔性支链(8)与应力测量组件(6)，SPS柔性支链(8)包含依次连接的第一球副(4)、移动副(5)、第二球副(7)，所述应力测量组件(6)安装在移动副(5)上；第一球副(4)、第二球副(7)分别与第一平台(2)、第二平台(3)相连。本发明具有较高的刚度、较高的灵敏度，较小的维间耦合、较好的各向同性以及较好的结构对称性，测量结果更加精确。
Description
技术领域
本发明涉及传感器领域，具体地，涉及一种基于SPS支链的并联结构六维力测量传感器。
背景技术
六维力传感器在自动化工厂中是最重要的传感器之一，能够检查空间任意力系中的三维正交力及三维正交力矩，具有测力信息丰富、测量精度高等特点，主要应用在力及力-位控制场合。目前，国内外关于六维力传感器研究最主要的应用是在机器人技术上，它是机器人高质量控制和智能化不可缺少的重要传感元件。
六维力传感器作为力传感器研究应用中的技术关键，正日趋发展完善。目前应用较为成熟的六维力传感器采用的结构主要是十字梁结构、半测力环形结构、薄壁圆筒形结构、刻花圆筒形结构、三垂直筋、四垂直筋、八垂直筋，但这些结构的六维传感器不能完全满足六维力传感器的设计要求即足够的刚度、较好的灵敏度、较小的维间耦合、较好的各向同性、结构对称性较好。目前的六维力传感器结构只能满足其中一部分设计要求，很难设计出综合性能较好的传感器结构，导致六维力传感器的应用受到应用环境的限制，需要设计一种对所有应用环境都有较好的适用性，对六维力传感器设计要求都能够较好满足的六维力传感器。
关于六维力传感器的研究，已形成多种专利技术，如专利文献CN106644233A提出了一种具有周向支撑、中心台和径向梁结构的六维力传感器；专利文献CN102840944B提出了一种近奇艺构型的大量程并联六维力传感器；专利文献CN202720078U提出了一种应变式六维力传感器，上述传感器采用十字梁结构，通过改进贴片结构来提高传感器输出精度。目前大部分六维力传感器很难真正实现较小的维间耦合，较好的各向同性，以及保持较大的刚度同时具有较高的灵敏度。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于SPS支链的并联结构六维力测量传感器。
根据本发明提供的基于SPS支链的并联结构六维力测量传感器，包含基座与测力单元；所述基座包含第一平台与第二平台；
所述测力单元包含SPS柔性支链与应力测量组件，SPS柔性支链包含依次连接的第一球副、移动副、第二球副，所述应力测量组件安装在移动副上；
第一球副、第二球副分别与第一平台、第二平台相连。
优选地，多个测力单元中包含有横向测力单元与竖向测力单元这两类测力单元；
所述第一平台上设置有横接块，横向测力单元中的第一球副通过横接块间接与第一平台相连；
竖向测力单元中的第一球副直接与第一平台相连。
优选地，所述第二平台包含一体成型或紧固连接的主体部与瓣体，多个所述板体沿主体部周向方向布置；
横向测力单元中的第二球副与竖向测力单元中的第二球副均直接与瓣体相连。
优选地，瓣体、横接块、横向测力单元、竖向测力单元一一对应；
所述瓣体包含在沿周向方向上依次连接的第一外伸面、外弧面、第二外伸面；
横向测力单元的第二球副安装在第二外伸面上；竖向测力单元的第二球副安装在瓣体沿厚度方向两个端面中与第一平台相对的端面上。
优选地，所述第一外伸面与主体部周向端面相切；
包含三个横向测力单元在沿第二平台周向的方向上均匀布置，三个所述横向测力单元上的移动副在释放状态下，三个所述横向测力单元的轴向延伸路径位于同一平面上。
优选地，包含三个竖向测力单元在沿第二平台周向的方向上均匀布置，三个所述竖向测力单元上的移动副在释放状态下，三个所述竖向测力单元的轴向延伸路径相互平行。
优选地，还包含外壳，所述外壳紧固安装在第二平台上；
外壳内部形成容纳空间，所述测力单元安装在容纳空间中。
优选地，所述外壳包含外周部、端盖部以及内周部，外周部、端盖部以及内周部共同围成环形的容纳空间；
第一平台与第二平台上均设置有轴向通孔，所述内周部嵌入式安装在第一平台的轴向通孔与第二平台的轴向通孔中；
端盖部与第二平台上均设置有连接孔。
优选地，移动副上设置有在厚度延伸方向上的矩形截面通孔；
矩形截面通孔中，沿宽度方向延伸的两个内壁面上均设置有安装台；应力测量组件安装在所述安装台上；
矩形截面通孔中，沿长度方向延伸的两个内壁面上均设置有形变适应槽。
优选地，所述应力测量组件包含以下任一个或全部结构：
--单维应变式力传感器；
--压电传感器。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明具有较高的刚度、较高的灵敏度，较小的维间耦合、较好的各向同性以及较好的结构对称性，测量结果更加精确。
2、本发明能够根据应用环境的不同，对测力单元或外壳形状进行调整，增加了设备的适用性。
3、本发明结构简单，外形美观，使用可靠。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明结构立体图；
图2为本发明结构爆炸图；
图3为SPS柔性支链结构示意图。
图中示出：
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明提供的基于SPS支链的并联结构六维力测量传感器，包含基座与测力单元；所述基座包含第一平台2与第二平台3。所述测力单元包含SPS柔性支链8与应力测量组件6，SPS柔性支链8包含依次连接的第一球副4、移动副5、第二球副7，所述应力测量组件6安装在移动副5上，第一球副4、第二球副7分别与第一平台2、第二平台3相连。优选地，所述移动副5只能沿第一球副4的球心与第二球副7的球心直线连线方向运动。
如图2所示，多个测力单元中包含有横向测力单元9与竖向测力单元10这两类测力单元，所述第一平台2上设置有横接块11，横向测力单元9中的第一球副4通过横接块11间接与第一平台2相连，竖向测力单元10中的第一球副4直接与第一平台2相连。所述第二平台3包含一体成型或紧固连接的主体部310与瓣体320，多个所述板体沿主体部310周向方向布置，横向测力单元9中的第二球副7与竖向测力单元10中的第二球副7均直接与瓣体320相连。瓣体320、横接块11、横向测力单元9、竖向测力单元10一一对应。所述瓣体320包含在沿周向方向上依次连接的第一外伸面321、外弧面322、第二外伸面323，横向测力单元9的第二球副7安装在第二外伸面323上，竖向测力单元10的第二球副7安装在瓣体320沿厚度方向两个端面中与第一平台2相对的端面上。优选地，所述第一外伸面321与主体部310周向端面相切。在实施例中，主体部310在周向方向上均匀设置有三个瓣体320，也就是说，包含了三个横向测力单元9与三个竖向测力单元10。测力单元上的移动副5处于释放状态时，三个所述横向测力单元9的轴向延伸路径位于同一平面上，三个所述竖向测力单元10的轴向延伸路径相互平行。优选地，所述测力单元的布置数量与位置还可以根据实际需要进行调整，例如主体部310上仅设置两个瓣体320，或者设置四个或更多个瓣体320，横向测力单元9与竖向测力单元10的数量也相应进行改变；或者竖向测力单元10安装在主体部310的下端面上；或者测力单元在周向方向上并非均匀布置等。
本发明还包含外壳1，所述外壳1紧固安装在第二平台3上，外壳1内部形成容纳空间，所述测力单元安装在容纳空间中。实施例中，如图1所示，所述外壳1包含外周部110、端盖部120以及内周部130，外周部110、端盖部120以及内周部130共同围成环形的容纳空间，第一平台2与第二平台3上均设置有轴向通孔，所述内周部130嵌入式安装在第一平台2的轴向通孔与第二平台3的轴向通孔中，端盖部120与第二平台3上均设置有连接孔12，紧固件穿过连接孔12将外壳1与基座进行连接。优选地，所述外壳1还可以是盖状的，也就是中间未设置开孔，外壳1上无上述的内周部130。
如图3所示，实施例中，移动副5上设置有在厚度延伸方向上的矩形截面通孔。矩形截面通孔中，沿宽度方向延伸的两个内壁面上均设置有安装台510，应力测量组件6安装在所述安装台510上；矩形截面通孔中，沿长度方向延伸的两个内壁面上均设置有形变适应槽520。优选地，应力测量组件6包含以下任一个或全部结构：单维应变式力传感器；压电传感器。
优选实施方式：
第一平台2、第二平台3分别形成下平台、上平台，上下平台通过6条SPS柔性支链8连接，采用3横3竖并联方式布置，即6条SPS柔性支链8分为两组，每组3条，一组水平放置，3条SPS柔性支链8沿圆周方向均匀布置，另一组竖直放置，3条SPS柔性支链8沿圆周方向均匀布置，两组SPS柔性支链8相对位置可以根据需要设定。SPS柔性支链8的布置方式不限于上述布置方式，也可以采用其它方式布置。SPS柔性支链8结构形式为两端是柔性球铰为柔性球副(S)，中间是柔性直线运动副作为移动副5(P)，移动副5只能沿两柔性球铰球心所构成的直线方向运动，应力测量装置安装在移动副5内，用于测量两球副之间的应力，此应力为单维应力，6个移动副5的单维应力与上、下两平台的力和力矩成一定的对应关系，应力测量装置可以是单维应变式力传感器，也可以是压电力传感器，传感器类型不受限制。外壳1采用可拆卸装配的方式与基座的上平台相连，通过外壳1与下平台使本发明整体安装于被测量设备上，通过6个移动副5的单维应力可以求出作用于被测量设备上的力与力矩。根据被测量设备的结构形式，基座与外壳1装配后的外形可以设计成管形结构，也可是柱形结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (10)
1.一种基于SPS支链的并联结构六维力测量传感器，其特征在于，包含基座与测力单元；所述基座包含第一平台(2)与第二平台(3)；
所述测力单元包含SPS柔性支链(8)与应力测量组件(6)，SPS柔性支链(8)包含依次连接的第一球副(4)、移动副(5)、第二球副(7)，所述应力测量组件(6)安装在移动副(5)上；
第一球副(4)、第二球副(7)分别与第一平台(2)、第二平台(3)相连。
2.根据权利要求1所述的基于SPS支链的并联结构六维力测量传感器，其特征在于，多个测力单元中包含有横向测力单元(9)与竖向测力单元(10)这两类测力单元；
所述第一平台(2)上设置有横接块(11)，横向测力单元(9)中的第一球副(4)通过横接块(11)间接与第一平台(2)相连；
竖向测力单元(10)中的第一球副(4)直接与第一平台(2)相连。
3.根据权利要求2所述的基于SPS支链的并联结构六维力测量传感器，其特征在于，所述第二平台(3)包含一体成型或紧固连接的主体部(310)与瓣体(320)，多个所述板体沿主体部(310)周向方向布置；
横向测力单元(9)中的第二球副(7)与竖向测力单元(10)中的第二球副(7)均直接与瓣体(320)相连。
4.根据权利要求3所述的基于SPS支链的并联结构六维力测量传感器，其特征在于，瓣体(320)、横接块(11)、横向测力单元(9)、竖向测力单元(10)一一对应；
所述瓣体(320)包含在沿周向方向上依次连接的第一外伸面(321)、外弧面(322)、第二外伸面(323)；
横向测力单元(9)的第二球副(7)安装在第二外伸面(323)上；竖向测力单元(10)的第二球副(7)安装在瓣体(320)沿厚度方向两个端面中与第一平台(2)相对的端面上。
5.根据权利要求4所述的基于SPS支链的并联结构六维力测量传感器，其特征在于，所述第一外伸面(321)与主体部(310)周向端面相切；
包含三个横向测力单元(9)在沿第二平台(3)周向的方向上均匀布置，三个所述横向测力单元(9)上的移动副(5)在释放状态下，三个所述横向测力单元(9)的轴向延伸路径位于同一平面上。
6.根据权利要求4所述的基于SPS支链的并联结构六维力测量传感器，其特征在于，包含三个竖向测力单元(10)在沿第二平台(3)周向的方向上均匀布置，三个所述竖向测力单元(10)上的移动副(5)在释放状态下，三个所述竖向测力单元(10)的轴向延伸路径相互平行。
7.根据权利要求1所述的基于SPS支链的并联结构六维力测量传感器，其特征在于，还包含外壳(1)，所述外壳(1)紧固安装在第二平台(3)上；
外壳(1)内部形成容纳空间，所述测力单元安装在容纳空间中。
8.根据权利要求7所述的基于SPS支链的并联结构六维力测量传感器，其特征在于，所述外壳(1)包含外周部(110)、端盖部(120)以及内周部(130)，外周部(110)、端盖部(120)以及内周部(130)共同围成环形的容纳空间；
第一平台(2)与第二平台(3)上均设置有轴向通孔，所述内周部(130)嵌入式安装在第一平台(2)的轴向通孔与第二平台(3)的轴向通孔中；
端盖部(120)与第二平台(3)上均设置有连接孔(12)。
9.根据权利要求1所述的基于SPS支链的并联结构六维力测量传感器，其特征在于，移动副(5)上设置有在厚度延伸方向上的矩形截面通孔；
矩形截面通孔中，沿宽度方向延伸的两个内壁面上均设置有安装台(510)；应力测量组件(6)安装在所述安装台(510)上；
矩形截面通孔中，沿长度方向延伸的两个内壁面上均设置有形变适应槽(520)。
10.根据权利要求1所述的基于SPS支链的并联结构六维力测量传感器，其特征在于，所述应力测量组件(6)包含以下任一个或全部结构：
--单维应变式力传感器；
--压电传感器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20180824 |