CN114659696B - 电容式六维力传感器 - Google Patents

电容式六维力传感器 Download PDF

Info

Publication number
CN114659696B
CN114659696B CN202210280786.1A CN202210280786A CN114659696B CN 114659696 B CN114659696 B CN 114659696B CN 202210280786 A CN202210280786 A CN 202210280786A CN 114659696 B CN114659696 B CN 114659696B
Authority
CN
China
Prior art keywords
parallel
plate
capacitive
force sensor
base
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210280786.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114659696A (zh
Inventor
蒲明辉
张金皓
黄伟
艾振军
蔡宝成
梁权
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guangxi University
Original Assignee
Guangxi University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guangxi University filed Critical Guangxi University
Priority to CN202210280786.1A priority Critical patent/CN114659696B/zh
Publication of CN114659696A publication Critical patent/CN114659696A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114659696B publication Critical patent/CN114659696B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/16Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force
    • G01L5/165Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force using variations in capacitance

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Abstract

本发明公开了一种电容式六维力传感器,包括;主体、PCB板、多块平行动极板以及第一垂直静极板。主体包括基座、变形梁以及受力件,变形梁包括多根内梁,内梁的一端连接于基座,另一端连接于受力件;各平行动极板连接于受力件,且朝基座延伸;PCB板连接于基座,PCB板在对应于平行动极板的位置设置有第一平行静极板,第一平行静极板与平行动极板具有间隙;各第一垂直静极板连接于基座,第一垂直静极板与内梁的侧面具有间隙。第一垂直静极板与变形梁的内梁形成竖直设置的平行极板电容器,无需设置额外的动极板,充分利用传感器结构。且第一垂直静极板竖直设置,充分利用电容式六维力传感其轴向空间,使得传电容式六维力感器更加紧凑。

Description

电容式六维力传感器
技术领域
本发明涉及传感器技术领域,特别涉及一种电容式六维力传感器
背景技术
六维力传感器可以检测任意空间力系中的三维正交力和三维正交力矩,在轮廓追踪、精密装配、碰撞检测、机器人协同等场合,精密加工、航空航天等领域发挥极其重要的作用。其中电容式六维力传感器因其动态性能好,且能够非接触测量得到了广泛的应用。然而,相关技术中,通常电容式六维力传感器需要至少六个电容器进行检测,结构复杂,体积偏大,导致电容式六维力传感器使用受到限制。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此,本发明提出一种电容式六维力传感器,结构紧凑,体积小。
本发明实施例的电容式六维力传感器,包括;
主体,所述主体包括基座、变形梁以及受力件,所述变形梁包括多根内梁,所述内梁的一端连接于所述基座,另一端连接于所述受力件;
多块平行动极板,各所述平行动极板连接于所述受力件,且位于所述基座与所述受力件之间;
PCB板,所述PCB板连接于所述基座,所述PCB板在对应于所述平行动极板的位置设置有第一平行静极板,所述第一平行静极板与所述平行动极板具有间隙;
多块第一垂直静极板,各所述第一垂直静极板连接于所述基座,所述第一垂直静极板与所述内梁的侧面具有间隙。
根据本发明实施例的电容式六维力传感器,至少具有如下有益效果:
第一垂直静极板与变形梁的内梁形成竖直的平行极板电容器,无需设置额外的动极板,充分利用传感器结构。此外,第一垂直静极板竖直设置,能够减小径向占用空间,充分利用电容式六维力传感其轴向空间,使得电容式六维力感器更加紧凑,从而减小电容式六维力传感器体积,扩大传感器适用范围。
根据本发明的一些实施例,电容式六维力传感器还包括多块第二平行静极板,所述第二平行静极板连接于所述基座,所述第二平行静极板位于所述平行动极板的背离所述第一平行静极板的一侧,所述第二平行静极板与所述平行动极板具有间隙。
根据本发明的一些实施例,电容式六维力传感器还包括多块第二垂直静极板,所述第二垂直静极板连接于所述基座,所述第二垂直静极板位于所述内梁的背离所述第一垂直静极板的一侧,所述第二垂直静极板与所述内梁具有间隙。
根据本发明的一些实施例,电容式六维力传感器还包括顶盖以及底盖,所述底盖连接于所述基座的底部,所述顶盖连接于所述基座的顶部,所述顶盖具有第一通孔,所述第一通孔与所述受力件对齐。
根据本发明的一些实施例,所述底盖包括多个安装台;
所述安装台具有第一安装面,所述第一安装面垂直于所述PCB板,所述第一垂直静极板安装于所述第一安装面;
和/或,所述安装台具有第二安装面,所述第二安装面平行于所述平行动极板的背离所述第一平行静极板的表面,所述第二平行静极板连接于所述第二安装面;
和/或,所述安装台包括第三安装面,所述第三安装面垂直于所述PCB板,所述第二垂直静极板连接于所述第三安装面。
根据本发明的一些实施例,所述安装台由金属材料制成。
根据本发明的一些实施例,所述底盖还具有第一定位结构,所述基座还包括第二定位结构,所述第二定位结构能够抵接于所述第一定位结构,以定位所述底盖与所述主体。
根据本发明的一些实施例,所述PCB板还包括贯穿所述PCB板的第二通孔,所述第一垂直静极板以及所述第二垂直静极板穿设于所述第二通孔,并凸出于所述PCB板的背离所述平行动极板的表面。
根据本发明的一些实施例,所述变形梁还包括环形梁和多根外梁,所述外梁的一端连接所述基座,另一端连接于所述环形梁的外壁,所述内梁远离所述受力件的一端连接于所述环形梁的内壁,且相邻的所述内梁与所述外梁之间的夹角大于0°小于180°。
根据本发明的一些实施例,相邻所述内梁与所述环形梁限定出容置槽,各所述内梁以及各所述平行动极板绕所述受力件间隔设置,且所述平行动极板位于所述容置槽内。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本发明的实践了解到。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明,其中:
图1为本发明实施例电容式六维力传感器的示意图;
图2为本发明实施例电容式六维力传感器剖面示意图;
图3为图2中A区域放大示意图;
图4为图1中主体、平行动极板以及第一垂直静极板示意图;
图5为图4中B区域的放大示意图;
图6为本发明另一实施例电容式六维力传感器的示意图;
图7为图6的中的电容式六维力传感器剖面示意图;
图8为图7中C区域放大示意图;
图9为图6中主体、平行动极板、第一垂直静极板以及第二垂直静极板的示意图;
图10为图9中D区域的放大示意图;
图11为本发明另一实施例电容式六维力传感器的示意图;
图12为图11中底盖、第一垂直静极板、第二垂直静极板以及第二平行静极板的示意图;
图13为图11中主体的仰视示意图。
附图标记:
主体100、基座110、走线孔111、定位柱112、变形梁120、内梁121、环形梁122、外梁123、容置槽124、受力件130;
平行动极板200;
PCB板300、第三通孔310、第二通孔320;
第一垂直静极板400、第二平行静极板500、第二垂直静极板600;
底盖700、安装台710、第一安装面711、第二安装面712、第三安装面713、定位孔720;
顶盖800、第一通孔810。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,仅用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中,需要理解的是,涉及到方位描述,例如上、下、前、后、左、右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。
在本发明的描述中,若干的含义是一个以上,多个的含义是两个以上,大于、小于、超过等理解为不包括本数,以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中,除非另有明确的限定,设置、安装、连接等词语应做广义理解,所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
本发明的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
图1为本发明实施例电容式六维力传感器的示意图,图2为本发明实施例电容式六维力传感器剖面示意图,图3为图2中A区域放大示意图,图4为图1中主体、平行动极板以及第一垂直静极板示意图,图5为图4中B区域的放大示意图,结合图1至图5,本发明实施例的电容式六维力传感器,包括;主体100、多块平行动极板200、PCB板300以及多块第一垂直静极板400。
其中,主体100包括基座110、变形梁120以及受力件130,变形梁120包括多根内梁121,内梁121的一端连接于基座110,另一端连接于受力件130。各平行动极板200连接于受力件130,且位于基座110与受力件130之间。PCB板300连接于基座110,PCB板300 在对应于平行动极板200的位置设置有第一平行静极板(图中未示出),第一平行静极板与平行动极板200具有间隙,第一垂直静极板400连接于基座110,第一垂直静极板400与内梁121的侧面具有间隙。
具体的,平行动极板200连接于受力件130的侧面,平行动极板200能够与主体100一体加工而成,平行动极板200与PCB板300板上第一平行静极板形成平行设置的电容器,第一垂直静极板400与变形梁120的内梁121形成竖直设置(与平行设置的电容器垂直)的电容器,以多个平行设置的电容器以及竖直设置的电容器作为电容式六维力传感器的转换元件。变形梁120为电容式六维力传感器的敏感元件。
主体100的基座110用于与工作平台(例如机械手以及标定平台等)连接,受力件130 用于与执行工具连接,如磨具,夹爪等工具。在执行工具受到外力作用后,力会传递至受力件130,并通过受力件130传递至变形梁120以使变形梁120受力变形,使各竖直设置电容器的极板间距发生改变,同时连接于变形梁120一端的受力件130的位置发生偏移,以带动连接于受力件130的平行动极板200位置偏移,使各平行设置的电容器的极板间距发生改变,从而导致电容器的电容值发生改变,通过测量电容的变化量来计算受力件130受到的力值,以实现电容式六维力传感器测量力的目的。本实施例中,以变形梁120的内梁121作为垂直动极板,与第一垂直静极板400形成竖直设置的电容器,无需设置额外的动极板,充分利用传感器结构。此外,第一垂直静极板400竖直设置,能够减小径向(平行于平行动极板200的上表面的方向)占用空间,充分利用电容式六维力传感器轴向(垂直于平行动极板200的上表面的方向)空间,使得电容式六维力感器更加紧凑,从而减小电容式六维力传感器体积,扩大传感器适用范围。
当受力件130靠近PCB板300的一端为与执行工具连接端时,PCB板300在对应于受力件130的位置设置有第三通孔310,执行工具能够穿过第三通孔310与受力件130进行连接。
具体工作原理,以八个电容器为例(即四个平行设置的电容器、四个竖直设置的电容器),受力件130受到的任意外力F都可以分解为Fx、Fy、Fz、Mx、My、Mz六个分量,使变形梁120发生变形,从而使八个电容器的电容值发生变化,变化量依次为ΔC1、ΔC2、ΔC3、ΔC4、ΔC5、ΔC6、ΔC7、ΔC8。由于在测量时,各电容器极板间距变化范围极小,通常在 0.1mm量级,因此电容变化与输入力的能够近似呈线性关系,其关系可由下列解耦公式表达:
F=KΔC
式中,K为标定矩阵,通过标定实验获得;
F=(Fx,Fy,Fz,Mx,My,Mz)T
ΔC=(ΔC1,ΔC2,ΔC3,ΔC4,ΔC5,ΔC6,ΔC7,ΔC8)T
Fx、Fy、Fz分别表示X方向的力分量、Y方向的力分量、Z方向的力分量,单位为N;
Mx、My、Mz分别表示X方向力矩分量、Y方向力矩分量、Z方向力矩分量,单位为N·m;
由上述分析可求出六维空间力Fx、Fy、Fz、Mx、My、Mz的值。
此外,需要说明的是,通常PCB板300还包括测量电路以及各类电器元件,如电容、电阻、芯片以及连接器等,第一垂直静极板400能够通过电缆或连接器等与PCB板300电连接,以使各电容器检测的信号值能够通过PCB板300上的芯片统一进行数据处理,并通过PCB板300上的连接器将信号传递至上位机。第一垂直静极板400能够通过在PCB板300上敷铜的方式,或通过铜基PCB板蚀刻等方式形成。
参照图6至图8,图6为本发明另一实施例电容式六维力传感器的示意图,图7为图6的中的电容式六维力传感器剖面示意图,图8为图中C区域放大示意图,在一些实施例中,电容式六维力传感器还包括多块第二平行静极板500,第二平行静极板500连接于基座110,第二平行静极板500位于平行动极板200的背离第一平行静极板的一侧,第二平行静极板500与平行动极板200具有间隙。具体的,平行动极板200位于第二垂直静极板600以及第一垂直静极板400之间,以形成差动结构电容器,即,在工作过程中,平行动极板200与第一垂直静极板400的距离改变Δd,与第二平行静极板500的距离改变-Δd。根据平行板电极型电容器极板距离与电容之间的数学关系:
其中,ε为两极板间介质的介电常数,S为两极板间的相对有效面积,d为两极板间距。
需要说明的是,上述公式为计算变极距平行板电容器电容的经验公式。
由式上可知当,极板间距d0改变Δd时,初始电容C0的改变量为ΔC,有:
极小时,由泰勒公式展开得:
即可用进行线性拟合,则变极距电容器灵敏度计算公式为:
因此,传统电容器灵敏度为:
当采用差动结构电容器时,平行动极板200远离第一平行静极板Δd的同时,靠近第二平行静极板500的距离为Δd。即形成差动结构电容器的两个电容器其中一个极距改变Δd,另一个极距改变-Δd。电容的改变量分别为-ΔC1和ΔC2(假设ΔC1和ΔC2均为正数)。并以两电容器的容差作为输出信号,则电容的改变量ΔC=(C0+-ΔC1)-(C0+ΔC2)=-(ΔC1+Δ C2),故灵敏度为:
由此可见,差动结构电容器时相对于传统电容器,灵敏度更高,从而提高电容式六维力传感器灵敏度。
此外,由于环境因素,电容器通常会产生噪声电容Cc,从而影响信号检测,本实施例的电容式六维力传感器,平行动极板200与第一平行静极板以及第二平行静极板500形成差动结构电容器,以电容值差值作为输出信号,则电容的改变量为(C0+Cc-ΔC1)-(C0+Cc+ΔC2)即 (-ΔC1-ΔC2),形成差动电容器的两电容器的噪声电容Cc能够相互抵消从而减小整体噪声电容,提高电容式六维力传感器测量精度。
同理,参照图9和图10,图9为图6中主体、平行动极板、第一垂直静极板以及第二垂直静极板的示意图,图10为图9中D区域的放大示意图,在一些实施例中,电容式六维力传感器还包括多块第二垂直静极板600,第二垂直静极板600连接于基座110,第二垂直静极板600位于内梁121的背离第一垂直静极板400的一侧,第二垂直静极板600与内梁121具有间隙。内梁121与第一垂直静极板400以及第二垂直静极板600形成竖直设置的差动结构电容器,以提高竖直设置的电容器的灵敏度以及减小电容器的噪声,从而提高电容式六维力传感器的灵敏度以及精度。
参照图11,图11为本发明另一实施例电容式六维力传感器的示意图,在一些实施例中,电容式六维力传感器还包括顶盖800以及底盖700,底盖700连接于基座110的底部,顶盖 800连接于基座110的顶部,顶盖800具有第一通孔810,第一通孔810与受力件130对齐。
具体的,顶盖800与底盖700分别连接于主体100的两端,顶盖800、底盖700以及主体100的基座110限定出容纳腔,PCB板300、第一垂直静极板400、第二垂直静极板600 以及第二平行静极板500位于容纳腔内,能够防止外界灰尘等物质进入电容式六维力传感器,造成电容器以及线路的损坏,从而影响传感器测量精度。顶盖800以及底盖700与基座110 之间还可以设置有密封件,以提高电容六维力传感器的密封效果。在本实施例电容式六维力传感器未装机使用时,可以通过防尘盖等封堵第一通孔810,防止灰尘通过第一通孔810进入传感器。基座110上可以设置走线孔111,用于通过线缆将检测信号传输至上位机。
参照图12,图12为图11中底盖、第一垂直静极板、第二垂直静极板以及第二平行静极板的示意图,在一些实施例中,底盖700包括多个安装台710,安装台710具有第一安装面711,第一安装面711垂直于PCB板300,第一垂直静极板400安装于第一安装面711。或者,安装台710具有第二安装面712,第二安装面712平行于平行动极板200的背离第一平行静极板的表面,第二平行静极板500连接于第二安装面712。或者,安装台710包括第三安装面713,第三安装面713垂直于PCB板300,第二垂直静极板600连接于第三安装面713。需要说明的是,安装台710可以具有第一安装面711、第二安装面712以及第三安装面713中的任意一个、两个或三个。即,附图12中第一垂直静极板400、第二垂直静极板600以及第二平行静极板500均安装于安装台710上不能解释为对本实施例的唯一限定。
可以理解的是,本实施例通过底盖700对第一垂直静极板400进行支撑,而无需设置额外的支撑结构,由此充分利用现有结构,简化了电容式六维力传感器整体结构,从而能够降低加工难度,减小加工成本。第二垂直静极板600以及第二平行静极板500同理,此处不再赘述。
在上述实施例基础上,安装台710由金属材料制成。具体的,在传统技术中,第一垂直静极板400以及第二垂直静极板600还能够通过焊接的方式直接固定于PCB板300上。但是,由于PCB板300在焊接过程中因高温而出现变形,导致第一垂直静极板400以及第二垂直静极板600与内梁121的实际间隙尺寸与设计间隙尺寸出现较大偏差,即竖直设置的电容器的实际初始极距与设计值出现偏差,从而影响电容器的电容检测结果,导致电容式六维力传感器的测量精度偏低。而本实施例的安装台710由金属材料制成,可以通过机加工制成,能够有效地提高加工精度,从而提高第一垂直静极板400以及第二垂直静极板600的安装精度,以提高电容式六维力传感器的测量精度。
此外,底盖700整体能够由金属加工而成,且顶盖800同样采用金属材料制成,即上述的容纳腔的腔壁为金属材质,可以理解的是,金属材质具有静电屏蔽作用,因此能够有效地降低外界磁场对本实施例电容式六维力传感器的电容器的干扰,从而提高测量精度。
参照图12和图13,图13为图11中主体的仰视示意图,在一些实施例中,底盖700还具有第一定位结构,基座110还包括第二定位结构,第二定位结构能够抵接于第一定位结构,以定位底盖700与主体100。具体的,安装台710位于底盖700靠近平行动极板200的表面,以第一垂直静极板400为例,第一垂直静极板400能够连接于安装台710,在电容式六维力传感器组装过程中,需要保证第一垂直静极板400与内梁121的位置精度,从而控制第一垂直静极板400与内梁121之间的间隙的大小。本实施例通过第一定位结构与第二定位结构配合使用,以对第一垂直静极板400与内梁121进行定位,提高安装精度,从而使平行设置的电容器初始极距趋近于设计尺寸,以提高电容式六维力传感器的测量精度。第一定位结构以及第二定位结构可以为定位块,通过两定位块相互抵持进行定位。此外,第一定位结构可以为定位柱112,第二定位结构可以为定位孔720,定位柱112设置于定位孔720内,定位柱112 的侧面与定位孔的孔壁配合,以将底盖700与主体100定位。
参照图6和图7,在一些实施例中,PCB板300还包括贯穿PCB板300的第二通孔320,第一垂直静极板400以及第二垂直静极板600穿设于第二通孔320,并凸出于PCB板300的背离平行动极板200的表面。具体的,安装时通过线缆将PCB板300与第一垂直静极板400 以及第二垂直静极板600连接,线缆与第一垂直静极板400、第二垂直静极板600以及PCB 板300通过焊接的方式进行连接。第一垂直静极板400以及第二垂直静极板600穿设于第二通孔320,并凸出于PCB板300的背离所述平行动极板200的表面,能够方便线缆的焊接。
需要说明的是,附图中第二通孔320与第三通孔310连通不能解释为对本实施了的唯一限定,只要第一垂直静极板400以及第二垂直静极板600能够穿过第二通孔320,凸出于PCB 板300的背离平行动极板200的表面即可。
参照图图1,在一些实施例中,变形梁120还包括环形梁122、多根外梁123,外梁123的一端连接基座110,另一端连接于环形梁122的外壁,内梁121远离受力件130的一端连接于环形梁122的内壁,且相邻的内梁121与外梁123之间的夹角大于0°小于180°。
具体的,力传感器的灵敏度为传感器对力的响应程度,即单位力值引起的电容变化量,电容器电容变化量与极板间距相关,极板间距的变化与变形梁120的变形相关,而变形梁120 的变形与刚度相关。因此变形梁120的刚度对力传感器的灵敏度起到了至关重要的作用。此外,可以知道的是,电容式六维力传感器生产制造后还需要进行解耦标定,解耦的精度决定了电容式六维力传感器测量精度,而电容式六维力传感器的灵敏度各向同性越好解耦精度越高,故灵敏度各向同性越好,电容式六维力传感器测量精度越高。本实施例的电容式六维力传感器中的变形梁120包括外梁123、环形梁122以及内梁121,环形梁122的形状呈圆筒状,外梁123的一端连接于基座110,另一端连接于环形梁122的外壁,内梁121的一端连接于环形梁122的内壁,另一端连接于受力件130。在工作过程中,执行工具受到外力并将力传递至受力件130,受力件130再将力传递至变形梁120,变形梁120中的外梁123、环形梁122 以及内梁121发生变形。由于外梁123、环形梁122以及内梁121的轴线均不重合且不平行,因此对不同方向力的刚度不同,即对不同方向力的抵抗变形能力不同,由此能够通过调节外梁123、环形梁122以及内梁121的尺寸从而调节变形梁120的各方向的整体刚度,以使电容式六维力传感器灵敏度各向同性相同。
参照图9和图13,在一些实施例中,相邻内梁121与环形梁122限定出容置槽124,各内梁121以及各平行动极板200绕受力件130间隔设置,且平行动极板200位于容置槽124内。具体的,平行动极板200位于容置槽内,使得电容式六维力传感器结构更加紧凑,减小轴向尺寸,从而减小电容式六维力传感器体积,扩大传感器适用范围。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明,但是本发明不限于上述实施例,在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外,在不冲突的情况下,本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (10)

1.电容式六维力传感器,其特征在于,包括:
主体,所述主体包括基座、变形梁以及受力件,所述变形梁包括多根内梁,所述内梁的一端连接于所述基座,另一端连接于所述受力件;
多块平行动极板,各所述平行动极板连接于所述受力件,且位于所述基座与所述受力件之间;
PCB板,所述PCB板连接于所述基座,所述PCB板在对应于所述平行动极板的位置设置有第一平行静极板,所述第一平行静极板与所述平行动极板具有间隙以形成平行设置的电容器;
多块第一垂直静极板,各所述第一垂直静极板连接于所述基座,所述第一垂直静极板与所述内梁的侧面具有间隙以形成竖直设置的电容器。
2.根据权利要求1所述的电容式六维力传感器,其特征在于,还包括多块第二平行静极板,所述第二平行静极板连接于所述基座,所述第二平行静极板位于所述平行动极板的背离所述第一平行静极板的一侧,所述第二平行静极板与所述平行动极板具有间隙。
3.根据权利要求2所述的电容式六维力传感器,其特征在于,还包括多块第二垂直静极板,所述第二垂直静极板连接于所述基座,所述第二垂直静极板位于所述内梁的背离所述第一垂直静极板的一侧,所述第二垂直静极板与所述内梁具有间隙。
4.根据权利要求3所述的电容式六维力传感器,其特征在于,还包括顶盖以及底盖,所述底盖连接于所述基座的底部,所述顶盖连接于所述基座的顶部,所述顶盖具有第一通孔,所述第一通孔与所述受力件对齐。
5.根据权利要求4所述的电容式六维力传感器,其特征在于,所述底盖包括多个安装台,
所述安装台具有第一安装面,所述第一安装面垂直于所述PCB板,所述第一垂直静极板安装于所述第一安装面;
和/或,所述安装台具有第二安装面,所述第二安装面平行于所述平行动极板的背离所述第一平行静极板的表面,所述第二平行静极板连接于所述第二安装面;
和/或,所述安装台包括第三安装面,所述第三安装面垂直于所述PCB板,所述第二垂直静极板连接于所述第三安装面。
6.根据权利要求5所述的电容式六维力传感器,其特征在于,所述安装台由金属材料制成。
7.根据权利要求5所述的电容式六维力传感器,其特征在于,所述底盖还具有第一定位结构,所述基座还包括第二定位结构,所述第二定位结构能够抵接于所述第一定位结构,以定位所述底盖与所述主体。
8.根据权利要求4所述的电容式六维力传感器,其特征在于,所述PCB板还包括贯穿所述PCB板的第二通孔,所述第一垂直静极板以及所述第二垂直静极板穿设于所述第二通孔,并凸出于所述PCB板的背离所述平行动极板的表面。
9.根据权利要求1所述的电容式六维力传感器,其特征在于,所述变形梁还包括环形梁和多根外梁,所述外梁的一端连接所述基座,另一端连接于所述环形梁的外壁,所述内梁远离所述受力件的一端连接于所述环形梁的内壁,且相邻的所述内梁与所述外梁之间的夹角大于0°小于180°。
10.根据权利要求9所述的电容式六维力传感器,其特征在于,相邻所述内梁与所述环形梁限定出容置槽,各所述内梁以及各所述平行动极板绕所述受力件间隔设置,且所述平行动极板位于所述容置槽内。
CN202210280786.1A 2022-03-22 2022-03-22 电容式六维力传感器 Active CN114659696B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210280786.1A CN114659696B (zh) 2022-03-22 2022-03-22 电容式六维力传感器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210280786.1A CN114659696B (zh) 2022-03-22 2022-03-22 电容式六维力传感器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114659696A CN114659696A (zh) 2022-06-24
CN114659696B true CN114659696B (zh) 2024-02-20

Family

ID=82030914

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210280786.1A Active CN114659696B (zh) 2022-03-22 2022-03-22 电容式六维力传感器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114659696B (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5959200A (en) * 1997-08-27 1999-09-28 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Micromachined cantilever structure providing for independent multidimensional force sensing using high aspect ratio beams
CN2702708Y (zh) * 2004-05-21 2005-06-01 清华大学 一种应变式三维测力平台
CN107131986A (zh) * 2017-05-15 2017-09-05 哈尔滨工业大学 一种双孔平行梁式六维力传感器
CN109855772A (zh) * 2019-01-23 2019-06-07 广西大学 一种新型电容式六维力传感器
CN110579304A (zh) * 2019-10-17 2019-12-17 广西大学 一种差动式电容多维力传感器
CN112414607A (zh) * 2020-11-27 2021-02-26 广西大学 一种具有复合梁结构的电容式六维力传感器
CN112888534A (zh) * 2019-09-30 2021-06-01 深圳市优必选科技股份有限公司 关节结构及机器人

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5959200A (en) * 1997-08-27 1999-09-28 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Micromachined cantilever structure providing for independent multidimensional force sensing using high aspect ratio beams
CN2702708Y (zh) * 2004-05-21 2005-06-01 清华大学 一种应变式三维测力平台
CN107131986A (zh) * 2017-05-15 2017-09-05 哈尔滨工业大学 一种双孔平行梁式六维力传感器
CN109855772A (zh) * 2019-01-23 2019-06-07 广西大学 一种新型电容式六维力传感器
CN112888534A (zh) * 2019-09-30 2021-06-01 深圳市优必选科技股份有限公司 关节结构及机器人
CN110579304A (zh) * 2019-10-17 2019-12-17 广西大学 一种差动式电容多维力传感器
CN112414607A (zh) * 2020-11-27 2021-02-26 广西大学 一种具有复合梁结构的电容式六维力传感器

Also Published As

Publication number Publication date
CN114659696A (zh) 2022-06-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6314823B1 (en) Force detector and acceleration detector and method of manufacturing the same
US7533582B2 (en) Force detector and acceleration detector and method of manufacturing the same
US5392658A (en) Detector for force, acceleration or magnetism with respect to components in multi-dimensional directions
US8978424B2 (en) Device for housing a bearing provided with a system for detecting the load applied to the bearing
EP2918964B1 (en) Method, sensor, and printed circuit board for sensing position or motion of a shaft
CN112414607A (zh) 一种具有复合梁结构的电容式六维力传感器
US20070261258A1 (en) Plate type capacitive sensor for five-dimensional displacement measurement
CN104913865A (zh) 多维力/力矩传感器
CN114659696B (zh) 电容式六维力传感器
CN211477466U (zh) 一种新型电容式六维力传感器
US10612985B2 (en) Force/torque sensor that miniaturization is available
CN114454217B (zh) 一种冗余感知的多维力传感器及力控机器人
CN217901073U (zh) 一种电容式六维力传感器
CN220270404U (zh) 一种转子位移检测的传感器组件和电机
CN112097801B (zh) 一种电磁自阻尼三自由度电容位移传感装置和方法
CN106932123B (zh) 一种手腕传感器
JP2528329Y2 (ja) 力検出装置
WO2023065992A1 (zh) 电容式力传感器、检测设备所承受外力的测量方法
CN116907401A (zh) 一种转子位移检测的传感器组件和电机
Lee et al. Design of precision measurement system for metallic hole
CN109188455A (zh) 一种圆柱体平面运动轨迹激光测量方法
JP2999291B2 (ja) 多次元方向に関する力・加速度・磁気の検出装置
CN114894365B (zh) 一种六维力传感器
CN219829686U (zh) 一种相对位置度检具
JP2538068Y2 (ja) 加速度検出装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant