CN113063538A

CN113063538A - 分布式多维力传感器

Info

Publication number: CN113063538A
Application number: CN202110301848.8A
Authority: CN
Inventors: 马洪文; 邢宇卓
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-03-22
Filing date: 2021-03-22
Publication date: 2021-07-02
Anticipated expiration: 2041-03-22
Also published as: CN113063538B

Abstract

分布式多维力传感器，涉及一种多维力传感器。本发明是为了解决现有的分布式多维力测力系统存在不能随着设备在空间自由移动的问题。本发明包括：负载框、支撑框架、位移传感器、独立多维力传感器和传感器框架和隔离结构；所述负载框架和支撑框架之间设置若干个独立多维力传感器，传感器框架通过隔离结构与支撑框架或负载框架相连接，且传感器框架不能通过隔离结构同时与支撑框架和负载框架相连接；传感器框架上布置有多组位移传感器，每一组位移传感器都用于测量一个独立的多维力传感器在受力时的位移。本发明用于在空间自由移动设备的受力测量。

Description

分布式多维力传感器

技术领域

本发明涉及一种多维力传感器。

背景技术

多维力传感器能检测力在空间作用的信息，其中典型的六维力传感器可以获取作用力在空间坐标系所形成的3个分力和3个力矩。在航空航天领域、机器人领域等，六维力传感器发挥着重要作用，其获得的六维力的准确性直接影响着系统的工作和控制精度。

从六维力传感器结构上分析，六维力传感器主要可以分为整体弹性结构式，Stewart并联结构式，压电晶体式、无摩擦导轨式(气浮、磁悬浮)，柔性结构式等，其中商用小型六维力传感器和MEMS领域主要采用整体弹性结构式，而大型六维力传感器主要采用Stewart并联结构式，压电晶体式主要用于高频动态测量领域，无摩擦导轨式由于结构体积太大应用极少，柔性结构式主要用于机械手指端抓取，精度很低。

整体弹性结构式一般采用柔性铰链或柔性平板结构代替物理铰链，其精度稍高，但结构刚度很小，且由于柔性体部分的耦合影响，精度一般不超过2％。Stewart并联结构式结构刚度较大，但由于采用了物理铰链，有较大的摩擦力影响，其精度很低。压电晶体式一般采用平面多组布置，每一组包含三个晶片分别测量三个轴向力，转矩由多组测力进行推算，测力频响较高，但测力精度较低，且由于电荷漂移不适合静态测量。

马洪文等人发明了申请号为2019113410948的“分布式多维力测力系统及测力方法”，可以实现对一个大型被测物体进行测力，其特点是采用多个独立的多维力传感器进行分布式布置，再将所有独立的多维力传感器上所测得的多维力进行空间矢量叠加的方式获得最终的多维力。在进行多维力的空间矢量叠加过程中，必须要保证有一个不变形的参考物，即为上述发明中的传感器框架(Sensor frame)。该框架的特点是其安放于大地上，且其在大地上的支撑点远离支撑框架(或/及与支撑框架间设置隔离结构)，这样可以保证支撑框架上的力及变形基本不会传递到传感器框架上，进而保证了传感器框架的伪刚体特性。这种设置方式要求传感器框架必须安放于大地上，因此会导致整个系统难于移动，这对于风洞天平等应用是适当的，但对于力控机械臂等需要测力装置随着设备进行移动的应用而言，并不合适。

发明内容

本发明是为了解决现有的分布式多维力测力系统存在不能随着设备在空间自由移动的问题。

分布式多维力传感器，包括：负载框、支撑框架、位移传感器、独立多维力传感器，所述独立多维力传感器即为MAFS；

所述分布式多维力传感器还包括：传感器框架和隔离结构；

所述负载框架和支撑框架之间设置若干个独立多维力传感器，传感器框架通过隔离结构与支撑框架或负载框架相连接，且传感器框架不能通过隔离结构同时与支撑框架和负载框架相连接；传感器框架上布置有多组位移传感器，每一组位移传感器都用于测量一个独立的多维力传感器在受力时的位移。

进一步地，所述隔离结构包括一个缓冲单元；

所述的缓冲单元包括若干个柔性块；

或者，

所述缓冲单元包括一个软性框架和若干个阻尼器，若干个阻尼器的和软性框架共同连接传感器框架；

或者，

所述缓冲单元为一个由软性框架和阻尼材料复合在一起的单元，软性框架和阻尼材料复合在一起的单元共同连接传感器框架。

进一步地，所述隔离结构还包括一个刚性块；缓冲单元通过刚性块连接传感器框架，如果所述缓冲单元包括一个软性框架和若干个阻尼器，若干个阻尼器的和软性框架共同通过刚性块连接传感器框架，如果所述缓冲单元为一个由软性框架和阻尼材料复合在一起的单元，软性框架和阻尼材料复合在一起的单元共同连接传感器框架通过刚性块连接传感器框架。

进一步地，所述独立多维力传感器为采用并联杆系多维力传感器结构的多维力传感器。

分布式多维力传感器，包括：负载框、支撑框架、位移传感器；所述分布式多维力传感器还包括：传感器框架和隔离结构；

所述负载框架和支撑框架之间设置若干个独立的梁；

传感器框架通过隔离结构与支撑框架或负载框架相连接，且传感器框架不能通过隔离结构同时与支撑框架和负载框架相连接；

所述独多根梁上设置有应变片，每根梁都单独作为一个MAFS；

传感器框架上布置有多个/多组位移传感器，每一个/每一组位移传感器用于测量一根梁的头部或中部位置。

进一步地，所述隔离结构包括一个缓冲单元；

所述的缓冲单元包括若干个柔性块；

或者，

有益效果：

本发明可以实现高精度多维力测量，并且能够很好的解决分布式多维力测力系统存在问题，可以实现随设备灵活移动。同时，由于脱离了与大地的直接连接，设备体积也可以做到比较小巧，使用方便。

附图说明

图1为分布式多维力传感器结构示意图；

图2为分布式多维力传感器结构示意图；

图3为应用于力控机器人时的分布式多维力传感器结构示意图；

图4为分布式多维力传感器结构受力变形过程示意图；

图5为分布式多维力传感器结构受力变形状态示意图；

图6为“分布式多维力测力系统及测力方法”中的负载框架和支撑框架发生变形示意图；

图7为“分布式多维力测力系统及测力方法”中的设置位移传感器分布式多维力测力系统结构示意图；

图8为实施例1的分布式多维力传感器组装结构图；

图9为实施例2的分布式多维力传感器组装结构图；

图10为实施例3的分布式多维力传感器组装结构图；

图11为实施例4的分布式多维力传感器结构示意图；

图12为实施例5的分布式多维力传感器结构示意图；

图13为实施例5的分布式多维力传感器组装结构图；

图14为实施例6的分布式多维力传感器结构示意图；

图15为实施例7的分布式多维力传感器结构示意图；

图16为实施例8的分布式多维力传感器结构示意图；

图17为实施例9的分布式多维力传感器组装结构图；

图18为实施例10的分布式多维力传感器组装结构图；

图19为应变片粘贴方式示意图；

图20为分布式多维力传感器应用于大型机械臂示意图；

图21为分布式多维力传感器应用于并联机构运动平台示意图；

图22为分布式多维力传感器应用于应用于力控机器人示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：

本实施方式为分布式多维力传感器，其是一种可移动的分布式六维力传感系统(Moveable Distributed Multi-Axis Force Sensing System,MDMAFSS)，简称为分布式多维力传感器(Distributed Multi-Axis Force Sensor,DMAFS)。

本实施方式所述的分布式多维力传感器，包括：负载框架(Loading frame)、支撑框架(Supporting frame)、位移传感器(Displacement sensor)、独立多维力传感器，所述独立多维力传感器即为MAFS，其采用申请号为2019108823616的并联杆系多维力传感器结构；

所述分布式多维力传感器还包括：传感器框架(Sensor frame)和隔离结构(Isolation structure)；

所述负载框架和支撑框架之间设置若干个独立多维力传感器，传感器框架通过隔离结构与支撑框架或负载框架相连接，但是不能通过隔离结构同时与支撑框架和负载框架相连接；传感器框架上布置有多组位移传感器，每一组位移传感器都用于测量一个独立的多维力传感器在受力时的位移。

进一步地，所述隔离结构包括一个缓冲单元(Damping block)；

所述缓冲单元包括一个软性框架和若干个阻尼器，若干个阻尼器的和软性框架共同连接传感器框架；如图1所示，实际上图1中的隔离结构包括一个缓冲单元和一个刚性块，当不包括刚性块时可以直接将若干个阻尼器的和软性框架共同连接传感器框架

图1中1是Loading frame：负载框架；2是Supporting frame：支撑框架；3是Displacement sensor：位移传感器；4是Sensor frame：传感器框架；5是Isolationstructure：隔离结构；6是MAFS：独立多维力传感器；Force：力；Fixed on：固定于；Pseudorigid zone：伪刚性区域；Deformation zone：变形区域；Rigid block：刚性块；Softframe：柔性框架；Damper：阻尼器；

或者，所述的缓冲单元包括若干个柔性块，柔性块采用带有阻尼的柔性材料制成(如橡胶块)；如图2所示，图2中510为Damping block：缓冲单元(或阻尼块)；

或者，所述缓冲单元为一个由软性框架和阻尼材料复合在一起的单元，软性框架和阻尼材料复合在一起的单元共同连接传感器框架，如实施例3所示；当然所述的缓冲单元也可以采用其他结构；其目的是进行力和变形的隔离，其避免发生长时间振动；

所述隔离结构还包括一个刚性块；缓冲单元通过刚性块连接传感器框架；

当隔离结构仅包括缓冲单元，且缓冲单元仅包括若干个柔性块时，传感器框架通过柔性块(缓冲单元)直接与支撑框架或负载框架相连接；当隔离结构仅包括缓冲单元，且缓冲单元仅包括一个软性框架和若干个阻尼器时，传感器框架通过一个软性框架和若干个阻尼器(缓冲单元)与支撑框架或负载框架相连接；当隔离结构包括缓冲单元和一个刚性块时，缓冲单元通过刚性块连接传感器框架，例如若干个阻尼器通过软性框架设置在刚性块上，刚性块连接传感器框架。

本发明传感器框架不能通过隔离结构同时与支撑框架和负载框架相连接，即不可通过传感器框架在支撑框架与负载框架之间传递力，所有的力都是通过多个多维力传感器(MAFS)进行传递。

这样设置的目的是：当负载框架和支撑框架之间传递力时，传感器框架在可以随着支撑框架在空间自由移动的前提条件下，保证传感器框架基本不变形，即可视为一个伪刚体。

如图3所示，传感器框架与支撑框架连接部分距离MAFS都比较远，因而传递力时对隔离结构变形的波及本身就不大，而软性框架和阻尼器可以保证另一端的刚性块即可以随着支撑框架任意移动，又可以吸收变形，这样如图中刚性块的下部只会存在微小变形，刚性块的上部基本上不再会有变形，这样传感器框架本身所受到的外界不均匀力通过柔性系统和高刚度物体的隔离后转变为近似均匀力，从而使得传感器框架在可以随着设备随意移动的情况下基本上不发生形变，从而可以将其视为一个伪刚体，这样是可以将传感器框架转化为伪刚体，从而保证了负载平台在受力状态下MAFS发生相对位移时位移传感器本身之间没有相对位移。通过这种方式最终解决了了高精度测量的分布式多维力传感器可以随设备灵活移动的问题。

图3中，Gripper of a force-control robot：力控机器人抓取器；Mechanicalframework of aforce-control robot：力控机器人本体结构；

图4中传感器框架通过缓冲单元与支撑框架相连接，在外部力作用于负载框架上时，负载力通过所有的独立多维力传感器传递到支撑框架上，传感器框架基本不承受任何载荷。图4中支撑框架受到载荷力影响会发生一定变形，这种变形通过缓冲块的过滤，对传感器框架的影响极小，因此传感器框架上只存在一个较小的变形区域，传感器框架与位移传感器相连接的部位都可视为伪刚体。全局坐标系统位于传感器框架上，传感器框架上布置的多组位移传感器中的每一组位移传感器都用于测量一个独立的多维力传感器在受力时相对于全局坐标系统的位移。图中全局坐标系统虽然原点位于负载框架上，这只是为了分析载荷方便，实际上位于传感器框架上。图4中Loading object：负载物；Supportingobject：支撑物。

对于单个独立多维力传感器，其多个应变梁可以看做空间线性弹性体的基础是连接所有弹性梁的支撑平台和负载平台均视为伪刚体，伪刚体是指当应变梁发生变形时，相应的伪刚体部分的变形量相对于应变梁的变形量而言非常小，几乎可以忽略不计。

图5为分布式多维力传感器结构受力变形状态示意图；如图5所示，当负载框架受力，结构整体发生变形时，传感器框架也发生了位姿变化，固联于其上的全局坐标系统随着传感器框架同时发生了位姿变化，所有独立多维力传感器的局部坐标系统也都发生了位姿变化，局部坐标系统相对于全局坐标系统的变化可以通过位移传感器测量出来，这样就可以利用申请号为2019113410948的“分布式多维力测力系统及测力方法”中的测力方法实现力的测量，即本发明分布式多维力传感器的力的计算过程与分布式多维力测力系统相同。

为了说明本发明的分布式多维力传感器的力的计算过程，进行如下简要说明：

图6为“分布式多维力测力系统及测力方法”中的负载框架和支撑框架发生变形示意图；图7为“分布式多维力测力系统及测力方法”中的设置位移传感器分布式多维力测力系统结构示意图；如图6和图7所示，分布式多维力传感系统所受总的负载力为多个MAFS所受负载力的空间矢量和：

其中，

中左上角的k'指坐标系o_k'x_k'y_k'z_k'；左下角的o_k'指坐标系o_k'x_k'y_k'z_k'原点，右上角k指第k个多维力传感器，该测量值

由第k个多维力传感器准确获得；

(或者写作

)中右上角g指大地坐标系统oxyz，右下角k'指坐标系o_k'x_k'y_k'z_k'；

是指将空间矢量从坐标系统o_k'x_k'y_k'z_k'平移到oxyz的空间矢量变换矩阵；

此时，需要准确获得多维力传感器当前在大地坐标系统中(或者其它某个参考坐标系统)准确的位姿参数

和

这些位姿参数必须要保证在一个参考坐标系下获得，也就意味着需要一个不会发生变形的参考物来作为参考坐标系。

很显然，在受力过程中，无论是负载框架还是支撑框架，都会发生变形。在进行空间矢量和运算过程中，需要一个在系统受力过程中仍能保持基本不发生变形的伪刚体作为参考物(或者参考坐标系)。如图b所示，一个放置于大地上，且其与大地接触位置远离支撑平台与大地接触位置(或/与其间具有隔离结构)的传感器框架可以视为基本不会发生变形的伪刚体。利用传感器框架上安放的位移传感器即可将每一个MAFS的受力状态下的位移准确测量出来，进而带入到上述公式中的变换矩阵

中，即可以完成这种空间矢量求和。

这种做法需要一个安放于大地上的传感器框架，因此整个多维力测力系统难于移动。为了解决这个问题，本发明采用一种隔离结构，将传感器框架通过隔离结构直接安放于支撑框架或负载框架上，进而通过隔离结构吸收支撑框架或负载框架的变形，令传感器框架保持基本不发生变形的伪刚性特性，也就保证了其在可以自由移动的条件下仍能作为进行多维力的空间矢量求和运算的参考坐标系(或者参考物)。

实施例1：

本实施例中的分布式多维力传感器采用隔离结构仅包括缓冲单元且缓冲单元仅包括若干个柔性块的结构，如图8所示。其中的6axis force sensor为测量六维力的并联杆系多维力传感器结构(申请号为2019108823616)，即MAFS。

本实施例的其特点是每个MAFS的支撑平台和负载平台的连接处都是较大的平面，所以可以作为一种分布式大尺寸重载六维力传感器，外部力施加于负载框架上，通过四个MAFS传递到支撑框架上，传感器框架通过橡胶块作为隔离结构连接于支撑框架上(也可连接于负载框架上)，所有测量六维力传感器相对空间位置位移的位移传感器都安放于传感器框架上。传感器框架所受外力都通过柔性橡胶块输入，因此传感器框架可以视为伪刚体，传感器框架可由轻质合金或非金属材料制造。该大尺寸重载传感器的优点是与同等负载平台尺寸普通单个六维力传感器相比质量、体积非常小，在保持精度高的基础上，承载力很大，尤其是承载扭矩非常大，承载力可以分布于负载框架非常大的范围内。

实施例2：

本实施例中的分布式多维力传感器采用隔离结构仅包括缓冲单元且缓冲单元仅包括若干个柔性块的结构，如图9所示。其中的6axis force sensor为测量六维力的并联杆系多维力传感器结构，即MAFS；每个MAFS的负载平台处存在一个柔性铰链，其优点是在外界力只在负载框架上存在较大位置突变(即力在不同时刻可能施加于负载框架的不同位置)条件下仍能保持较高的测量精度。相比实施例1精度得到极大提高，但是承载力有所降低。

实施例3：

本实施例中的分布式多维力传感器采用隔离结构仅包括缓冲单元且缓冲单元仅包括若干个柔性块的结构，如图10所示。其中的6axis force sensor为测量六维力的并联杆系多维力传感器结构，即MAFS；每个MAFS的负载平台处存在一个细的柔性梁，其优点是在外界力只在负载框架上存在较大位置突变(即力在不同时刻可能施加于负载框架的不同位置)条件下测量精度非常高，承载力相对较小。

实施例4：

本实施例中的分布式多维力传感器采用隔离结构仅包括缓冲单元且缓冲单元仅包括若干个柔性块的结构，如图11所示。其中的6axis force sensor为测量六维力的并联杆系多维力传感器结构，即MAFS；每个MAFS的负载平台处存在一个细的柔性梁，且所有的MAFS都可以施加同样的压缩(或拉伸)预紧力，与实施例3的带有细柔性梁的结构相比，其测量精度可以更高，但由于较大的预紧力的缘故其承载力会降低。

实施例5：

本实施例中的分布式多维力传感器采用隔离结构仅包括缓冲单元且缓冲单元仅包括若干个柔性块的结构，如图12和图13所示。其中的6axis force sensor为测量六维力的并联杆系多维力传感器结构，即MAFS；图12和图13中每个MAFS的两侧都带有柔性铰链，其优点是可以实现多维力的超高精度测量，且不论负载框架还是支撑框架上的外界力发生较大的位置突变，都不会影响测量精度，换而言之其上下两个框架都可以视为负载框架，这样就为该类多维力传感器在设备中应用创造了有利条件，方便了安装和使用。与前述单柔性铰链结构相比在柔性铰链和基本结构布置都相同的情况下，承载力稍低。

实施例6：

本实施例中的分布式多维力传感器采用隔离结构仅包括缓冲单元且缓冲单元仅包括若干个柔性块的结构，如图14所示，其中Soft material(Rubber)：软性材料(橡胶)；。每个MAFS的两侧采用机械铰链代替了柔性铰链，其优点是加工、制造和安装简单。

实施例7：

本实施例中的分布式多维力传感器采用隔离结构在原理上是采用隔离结构包括缓冲单元和一个刚性块、缓冲单元仅包括若干个柔性块的结构，只是将传感器框架和刚性块合并为一个大的刚性块，则其下部可以视为小变形区域，而上部安装位移传感器的部分则可视为伪刚体，该刚性块还可以通过软性材料与支撑框架(或负载框架)进行连接。如图15所示，其中Soft material(Rubber)：软性材料(橡胶)。

实际上本实施例也相当于隔离结构仅包括缓冲单元，且缓冲单元仅包括若干个柔性块，传感器框架通过柔性块直接与支撑框架或负载框架相连接的情况。

实施例8：

本实施例中的分布式多维力传感器采用隔离结构中，隔离结构包括缓冲单元和一个刚性块，缓冲单元为一个由软性框架和阻尼材料复合在一起的单元，软性框架和阻尼材料复合在一起的单元共同连接传感器框架；将传感器框架和刚性块合并为一个大的刚性块，则其下部可以视为小变形区域，而上部安装位移传感器的部分则可视为伪刚体，如图16所示途中Soft structure：柔性结构；Rubber：橡胶；，本实施例通过将一整块材料进行机械加工的方式直接加工出上述的软性框架，软性框架中也可以填充入橡胶等减阻材料。

具体实施方式二：结合图17-图19说明本实施方式，

本实施方式所述的分布式多维力传感器，其特征在于，包括：负载框、支撑框架、位移传感器，以及传感器框架和隔离结构；

所述负载框架和支撑框架之间设置若干个独立的梁；

所述独多根梁上设置有应变片，每根梁都单独作为一个MAFS；

进一步地，所述隔离结构包括一个缓冲单元(Damping block)；

所述的缓冲单元包括若干个柔性块，柔性块采用带有阻尼的柔性材料制成，如橡胶块；或者，所述缓冲单元包括一个软性框架和若干个阻尼器，若干个阻尼器的和软性框架共同连接传感器框架；或者，所述缓冲单元为一个由软性框架和阻尼材料复合在一起的单元，软性框架和阻尼材料复合在一起的单元共同连接传感器框架，如实施例3所示；当然所述的缓冲单元也可以采用其他结构；其目的是进行力和变形的隔离，其避免发生长时间振动；

如图17至图19所示，采用带有柔性铰链或者不带有柔性铰链的梁结构构成分布式多维力传感器，其特点是每根梁都需要采用如图19所示的可以直接测量出梁的六维力的应变片粘贴方式，这样每根梁都单独可以视为一个MAFS，传感器框架上的位移传感器用于测量每根梁的头部，或者梁的中部位置，用于进行多根梁上的六维力的空间矢量求和。这两种结构的优点是结构非常简单，加工、制造、安装成本非常低。由于用单根梁代替了前面所述的MAFS，其测量精度有所降低。

实施例9：

如图17所示，本实施例中的分布式多维力传感器采用隔离结构仅包括缓冲单元且缓冲单元仅包括若干个柔性块的结构，所述负载框架和支撑框架之间设置若干个独立的梁，每根梁上设置有应变片，每根梁都可以视为一个MAFS；每根梁采用不带有柔性铰链的梁结构。这种结构的优点是结构非常简单，加工、制造、安装成本非常低。

实施例10：

如图18所示，本实施例中的分布式多维力传感器采用隔离结构仅包括缓冲单元且缓冲单元仅包括若干个柔性块的结构，所述负载框架和支撑框架之间设置若干个独立的梁，每根梁上设置有应变片，每根梁都可以视为一个MAFS；每根梁采用两端带有柔性铰链的梁结构构。相比实施例9，本实施例的测量精度有一定程度的提高。

本发明的具体实施方式一和具体实施方式二的技术方案可以很好的解决分布式多维力测力系统存在问题，本发明不仅可以随设备灵活移动，而且由于脱离了与大地的直接连接，设备体积也可以做到比较小巧，使用方便。当将本发明应用在机械上时，如图20所示。

图20为分布式多维力传感器应用于大型机械臂示意图，其中Hydrauliccylinder：液压缸；图20中的(a)为一个大型机械臂，为了测量机械臂末端力，可以采用如(b)所示的一个大型多维力传感器(一种并联杆系多维力传感器结构)，但显然，该传感器的体积和重量将非常大，也可采用如(c)所示的分布式小型多维力传感器，此时，由于机械臂的受力变形将导致固定于每个传感器的传感器坐标系统发生改变，而由于机械臂为运动物体，难以采用上述在地面加装测量每个传感器位移变化的传感器框架，因此，采用如(d)所示的隔离结构加伪刚体的方式将机械臂的变形与传感器框架进行隔离，此时该伪刚体即可视为大地，由于传感器框架非常轻，此时可以将其与伪刚体共同视为不会发生变形的刚体结构，所有测量多维力传感器位移的位移传感器均安装于传感器框架上，将(c)和(d)结合，则构成本发明的分布式多维力传感器，由于隔离结构是安装于运动物体上，为了减小隔离结构振动，可以适当加装阻尼器，该结构的所有的计算方法与分布式多维力测力系统的计算方法完全相同，计算得出的全局广义力直接对应到固定于伪刚体的传感器框架坐标系统上。(d)中的隔离结构包括了一个柔性机械框架、若干个阻尼器和一个刚度很大的伪刚体，机械框架采用框架式结构的主要目的是令其柔度比较大，即使基座变形比较大，通过柔性机械框架的隔离之后，传递到伪刚体上的变形也会比较小，该变形再通过伪刚体的作用，在伪刚体与传感器框架相连接部位基本上变形极小，从而可以将传感器框架视为近似刚体，进而安装于其上的所有位移传感器也可以视为一直保持在一个坐标系统中，没有相对位移。通过上述方法，解决了传感器框架安放于负载框架上在受力过程中会随着负载框架的变形而发生变形的问题。

有时需要将得到的全局力换算到机械臂的某一个部位或者机械臂基座上，如(f)所示，此时可以在传感器框架上加装测量装置，如立体视觉系统，测量全局力需要对应的部位，该部位虽有变形，但可以用该部位的平均位姿来表征，立体视觉系统也可以加装在全局力需要对应的部位，也采用如(d)所示的隔离结构，用立体视觉系统反过来测量(d)的传感器框架相对位姿变化，结果完全相同。

如图21所示，并联机构运动平台上负载测力也可以采用本发明，对于塔吊等或者由于塔吊要移动，或者由于测力部位距离地面太远不便于传感器框架搭建，也同样可以采用该结构。对于各种运动平台或者不便于从地面搭建传感器框架的设备都可以采用该结构。

如图22所示，本发明也可以应用于力控机器人，其中Gripper：抓取器；Industrymanipulator：工业机器人；DMAFS：Distributed Multi-Axis Force Sensor，分布式多维力传感器。该可移动分布式多维力传感系统(Moveable Distributed Multi-Axis ForceSensing System,MDMAFSS)由于采用了上述结构，可以随着机械臂在空间任意移动。图中机械臂为一个典型的传统工业机械臂，可以在其末端直接加入一个本发明所述的MDMAFSS，即可以将其改造为力控机械臂。与传统力控机械臂相比，其结构极为简单，成本低，且可以保持非常高的力控精度。

本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims

1.分布式多维力传感器，包括：负载框、支撑框架、位移传感器、独立多维力传感器，所述独立多维力传感器即为MAFS；

其特征在于，所述分布式多维力传感器还包括：传感器框架和隔离结构；

2.根据权利要求1所述的分布式多维力传感器，其特征在于，所述隔离结构包括一个缓冲单元；

所述的缓冲单元包括若干个柔性块；

或者，

3.根据权利要求2所述的分布式多维力传感器，其特征在于，所述的柔性块为橡胶块。

4.根据权利要求1、2或3所述的分布式多维力传感器，其特征在于，所述隔离结构还包括一个刚性块；缓冲单元通过刚性块连接传感器框架。

5.根据权利要求4所述的分布式多维力传感器，其特征在于，所述独立多维力传感器为采用并联杆系多维力传感器结构的多维力传感器。

6.分布式多维力传感器，其特征在于，包括：负载框、支撑框架、位移传感器；

所述负载框架和支撑框架之间设置若干个独立的梁；

所述独多根梁上设置有应变片，每根梁都单独作为一个MAFS；

7.根据权利要求6所述的分布式多维力传感器，其特征在于，所述隔离结构包括一个缓冲单元；

所述的缓冲单元包括若干个柔性块；

或者，

8.根据权利要求7所述的分布式多维力传感器，其特征在于，所述的柔性块为橡胶块。

9.根据权利要求6、7或8所述的分布式多维力传感器，其特征在于，所述隔离结构还包括一个刚性块；缓冲单元通过刚性块连接传感器框架。