CN112504538A - 一种机械解耦的测力传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种机械解耦的测力传感器，包括传感器固定架、力传感器、滑轨装置和连接板，力传感器的端部与传感器固定架相连，力传感器的另一端通过滑轨装置与连接板相连。位于传感器固定架内部的待测物件所产生的力通过传感器固定架分解后，分别由力传感器进行测量。本发明所提供的一种机械解耦的测力传感器，测力传感器灵敏度高，测量范围广。

Description

一种机械解耦的测力传感器
技术领域
本发明属于机构的力检测系统技术领域，具体涉及一种机械解耦的测力传感器。
背景技术
在实际测力过程中往往因力矢量方向与传感器测力矢量方向不同轴，只对力矩进行补偿，但对结构承载形成的分力无能为力，所以高精度测量都是针对一个轴设计的独立测量机构，市面上的多轴测力传感器误差都偏大。一般解决方案是通过软补偿的方式，即利用法向方向上的传感器受力是弯矩，而承受弯矩的杆一面受压、一面受拉的现象，利用软件处理标定抵消的做法。这种做法并不能客观反映出实际工件受力情况，因此更适合于针对传感器的标定。在测量微小力的时候采用一种测力设备，采用大一点的力时采用另外一种测力设备。采用的是全量程测量方法，相对误差在微小测力范围内误差极大，难以测量微小的力，测量微小力时，出现数值误差大或者难以测出微小力的变化。基于机械解耦方案可以精确测量力的值，测量误差基本不随力的大小变化而改变。原位测量采用了正交测力的方案，保证测力精度必须完成力解耦。解决了高精度测力的问题。
发明内容
本发明的目的是解决上述问题，提供一种测量力的误差较小，灵敏度较高的机械解耦的测力传感器。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种机械解耦的测力传感器，包括传感器固定架、力传感器、滑轨装置和连接板，力传感器的端部与传感器固定架相连，力传感器的另一端通过滑轨装置与连接板相连；位于传感器固定架内部的待测物件所产生的力通过传感器固定架分解后，分别由力传感器进行测量。
优选地，所述传感器固定架为矩形柱体结构，传感器固定架中间开设有传感器固定架孔，传感器固定架孔的截面为矩形且为通孔结构。
优选地，所述连接板包括固连为一体的连接板支架和连接板主体，连接板支架和连接板主体为垂直连接，传感器固定架与连接板相近的端面，通过力传感器与连接板支架相连，传感器固定架相邻的另一端面通过另一个力传感器与连接板主体相连。
优选地，所述力传感器的端部安装有力传感器第一安装板，力传感器的另一端安装有力传感器第二安装板，力传感器通过力传感器第一安装板与传感器固定架相连，力传感器通过力传感器第二安装板与滑轨装置相连。
优选地，所述力传感器安装板上设有力传感器安装板第一孔和力传感器安装板第二孔，力传感器安装板第一孔内穿设有力传感器安装板第一螺钉，力传感器安装板第一螺钉的端部与传感器固定架相连；力传感器安装板第二孔内穿设有力传感器安装板第二螺钉，力传感器安装板第二螺钉的端部与力传感器相连。
优选地，所述滑轨装置包括滑块传感器连接板、滑轨螺钉、导轨滑块和直线导轨，滑块传感器连接板与力传感器第二安装板相连，螺钉穿过滑块传感器连接板与导轨滑块相连，导轨滑块的底部与直线导轨滑动连接；滑轨螺钉穿过直线滑轨与连接板相连。
优选地，所述力传感器第二安装板的端部向外凸出形成力传感器第二安装板凸起，滑块传感器连接板的端面内凹形成滑块传感器连接板凹槽，力传感器第二安装板凸起与滑块传感器连接板凹槽配合连接。
优选地，所述力传感器第二安装板凸起的截面为梯形。
本发明的有益效果是：本发明所提供的一种机械解耦的测力传感器，实际计算测量结果表明机械解耦结构有显著的效果，满足设计要求，误差较小。本发明灵敏度高，测量范围广。为保证原位测量精度提供了坚实基础，系统操纵力及重复测量精度均优于设计指标。
附图说明
图1是本发明一种机械解耦的测力传感器的结构示意图；
图2是本发明一种机械解耦的测力传感器的侧向结构示意图；
图3是本发明的传感器固定架的侧向结构示意图。
附图标记说明：1、传感器固定架；2、力传感器第一安装板；3、力传感器安装板第一螺钉；4、力传感器安装板第二螺钉；5、力传感器；6、力传感器第二安装板；8、滑块传感器连接板；9、滑轨螺钉；10、导轨滑块；11、直线导轨；12、连接板；13、口型框架；14、连接螺钉。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明：
如图1和图3所示，本发明提供的一种机械解耦的测力传感器，包括传感器固定架1、力传感器5、滑轨装置和连接板12，力传感器5的端部与传感器固定架1相连，力传感器5的另一端通过滑轨装置与连接板12相连。位于传感器固定架1内部的待测物件所产生的力通过传感器固定架1分解后，分别由力传感器5进行测量。
本实施例中，传感器固定架1为矩形柱体结构，传感器固定架1中间开设有传感器固定架孔，传感器固定架孔的截面为矩形且为通孔结构。传感器固定架1的端面上安装有口型框架13和连接螺钉14，口型框架13呈“回”字型结构，连接螺钉14将口型框架13与传感器固定架1固连。连接螺钉14的数量为四个，且均匀对称的呈矩形状分布在口型框架13上，将口型框架13进行紧固，从而在工作过程中不会发生脱落和松动等现象出现。
连接板12包括固连为一体的连接板支架和连接板主体，连接板支架和连接板主体为垂直连接，传感器固定架1与连接板12相近的端面，通过力传感器5与连接板支架相连，传感器固定架1相邻的另一端面通过另一个力传感器5与连接板主体相连。连接板支架和连接板主体构成“L”字型结构。
力传感器5的端部安装有力传感器第一安装板2，力传感器5的另一端安装有力传感器第二安装板6，力传感器5通过力传感器第一安装板2与传感器固定架1相连，力传感器5通过力传感器第二安装板6与滑轨装置相连。力传感器5为现有成熟技术设备。
力传感器安装板2上设有力传感器安装板第一孔和力传感器安装板第二孔，力传感器安装板第一孔内穿设有力传感器安装板第一螺钉3，力传感器安装板第一螺钉3的端部与传感器固定架1相连；力传感器安装板第二孔内穿设有力传感器安装板第二螺钉4，力传感器安装板第二螺钉4的端部与力传感器5相连。
滑轨装置包括滑块传感器连接板8、滑轨螺钉9、导轨滑块10和直线导轨11，滑块传感器连接板8与力传感器第二安装板6相连，螺钉穿过滑块传感器连接板8与导轨滑块10相连，导轨滑块10的底部与直线导轨11滑动连接；滑轨螺钉9穿过直线滑轨11与连接板12相连。在本实施例中，导轨滑块10和直线导轨11构成滚珠导轨滑块。
力传感器第二安装板6的端部向外凸出形成力传感器第二安装板凸起，滑块传感器连接板8的端面内凹形成滑块传感器连接板凹槽，力传感器第二安装板凸起与滑块传感器连接板凹槽配合连接，力传感器第二安装板凸起的截面为梯形。力传感器第二安装板6和滑块传感器连接板8连接牢固可靠。
本发明一种机械解耦的测力传感器的测量原理如下：
安装的两只力传感器5轴线分别与X和Y轴平行，设计机械解耦方案，在精确加工的“L”形工装正交的两个安装面分别安装了滚珠导轨滑块，两只传感器分别安装在导轨滑块上。这样，通过导轨滑块结构实现了同向分力的解耦，并且其误差近似于滑块的摩擦力。实际使用验证了这种结构效果明显。解决了布置在测力方向法向的另一只传感器上的分力干扰。
需要测量X-Y轴两个方向的力，由于空间小，所以力传感器只够布置在一套测力工装上，结构如图1所示，两只力传感器5一端呈正交分别固定在一个高刚度“口”框架下，另一端连接在一个“L”形工装上。导轨滑块为长方体形状，力传感器5为圆柱体结构。接触力为圆球，分别作用于传感器固定架1的内表面上。两力传感器5轴线分别与X\Y轴平行，进行精确测力。
在精确加工的连接板12上正交的两个安装面分别安装了滚珠导轨滑块，两只力传感器5分别安装在导轨滑块上，呈垂直分布，设为X轴和Y轴。这样，通过导轨滑块结构实现了同向分力的解耦，并且其误差近似于滑块的摩擦力。实际使用验证了这种结构效果明显。通过以上的结构设置能够进行高精度测力，构成一种二维的测力传感器。通过机械解耦方法，实现对受力方向与测力方向不同轴引起的测量误差，进行精确测量的装置。比传统的测力传感器采用无滑块的连接板12结构测量的结果更加准确，采用CAE工具分析评估，评估的结果符合设计要求。本实施例中所采用现有软件为ANSYS软件，通过ANSYS软件进行分析得到连接板12的结构底面受力为6.8574MPa。采用正交滑块结构，连接板12结构底面受力为0.8401MPa。力得到了完全解耦，能够应用于机构的力检测系统。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种机械解耦的测力传感器，其特征在于：包括传感器固定架(1)、力传感器(5)、滑轨装置和连接板(12)，力传感器(5)的端部与传感器固定架(1)相连，力传感器(5)的另一端通过滑轨装置与连接板(12)相连；位于传感器固定架(1)内部的待测物件所产生的力通过传感器固定架(1)分解后，分别由力传感器(5)进行测量。
2.根据权利要求1所述的一种机械解耦的测力传感器，其特征在于：所述传感器固定架(1)为矩形柱体结构，传感器固定架(1)中间开设有传感器固定架孔，传感器固定架孔的截面为矩形且为通孔结构。
3.根据权利要求1所述的一种机械解耦的测力传感器，其特征在于：所述连接板(12)包括固连为一体的连接板支架和连接板主体，连接板支架和连接板主体为垂直连接，传感器固定架(1)与连接板(12)相近的端面，通过力传感器(5)与连接板支架相连，传感器固定架(1)相邻的另一端面通过另一个力传感器(5)与连接板主体相连。
4.根据权利要求1所述的一种机械解耦的测力传感器，其特征在于：所述力传感器(5)的端部安装有力传感器第一安装板(2)，力传感器(5)的另一端安装有力传感器第二安装板(6)，力传感器(5)通过力传感器第一安装板(2)与传感器固定架(1)相连，力传感器(5)通过力传感器第二安装板(6)与滑轨装置相连。
5.根据权利要求4所述的一种机械解耦的测力传感器，其特征在于：所述力传感器安装板(2)上设有力传感器安装板第一孔和力传感器安装板第二孔，力传感器安装板第一孔内穿设有力传感器安装板第一螺钉(3)，力传感器安装板第一螺钉(3)的端部与传感器固定架(1)相连；力传感器安装板第二孔内穿设有力传感器安装板第二螺钉(4)，力传感器安装板第二螺钉(4)的端部与力传感器(5)相连。
6.根据权利要求4所述的一种机械解耦的测力传感器，其特征在于：所述滑轨装置包括滑块传感器连接板(8)、滑轨螺钉(9)、导轨滑块(10)和直线导轨(11)，滑块传感器连接板(8)与力传感器第二安装板(6)相连，螺钉穿过滑块传感器连接板(8)与导轨滑块(10)相连，导轨滑块(10)的底部与直线导轨(11)滑动连接；滑轨螺钉(9)穿过直线滑轨(11)与连接板(12)相连。
7.根据权利要求6所述的一种机械解耦的测力传感器，其特征在于：所述力传感器第二安装板(6)的端部向外凸出形成力传感器第二安装板凸起，滑块传感器连接板(8)的端面内凹形成滑块传感器连接板凹槽，力传感器第二安装板凸起与滑块传感器连接板凹槽配合连接。
8.根据权利要求1所述的一种机械解耦的测力传感器，其特征在于：所述力传感器第二安装板凸起的截面为梯形。
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