CN1234866A - 多轴载荷单元 - Google Patents

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Abstract

一种用于测量在多个方向上的力和力矩的分量的载荷单元体(10,10’)包含一个整体结构,该结构具有一个刚性中心轮毂(14)和一个与中心轮毂(14)同心的刚性环圈(16)。至少三个辐射状管子(21,22,23,24)沿相应纵向铀(21A,22A,23A,24A)从中心轮毂(14)径向延伸到环圈(16)。柔性部件(31,32,33,34)把辐射状管子(21,22,23,24)和环圈(16)连接起来。每个柔性部件(31,32,33,34)顺从沿着相应纵向铀(21A,22A,23A,24A)的每个相应辐射状管子(21,22,23,24)的位移。作为一个载荷单元(10,10’),安装在每个辐射状管子(21,22,23,24)上的应变传感器(44,46,48)测量应变。

Description

多轴载荷单元
本发明涉及一种用来传递和测量沿三正交轴方向的直线力和绕三正交轴的力矩的载荷单元，更具体地说，是公开了一种具有一刚性中心轮毂，一与中心轮毂同心的刚性环圈和在中心轮毂与环圈之间延伸的辐射状部件的集中载荷单元体，该载荷单元体具有改进的性能和特性，可轻易调整载荷单元的灵敏性。
转换器或者用以确定沿三正交轴的力或绕三正交轴的力矩的载荷单元是公知的。两个这样的载荷单元在美国专利第4,640,138号和4,821,582号中公开过。美国专利第4,640,138号中阐明了一个多轴载荷敏感转换器，其具有由一对轴向隔开的十字头连接的内部和外部部件。该十字头由与内部部件成整体的臂组成并且由柔性带圈与外部部件相连，柔性带圈与安装在外部部件上的带圈末端有纵向长度。十字头的臂安装在所连带圈的中心。载荷表示为该十字头臂弯曲的函数。
美国专利第4,821,582号阐述的是一个载荷转换器，其用来测量在三轴上的直线力和绕其中两轴的力矩。该转换器具有由载荷敏感十字头臂或剪切梁连接的内部和外部结构。十字头外端与外部长度相连，当内部结构受沿垂直于十字头平面的轴线方向的力时，该外部长度为刚性。
另外的集中载荷单元在英国专利GB2096777A中阐述过。这些载荷单元包含一个中心轮毂部分和一个环圈元件部分，四个辐射状辐元件将轮毂元件与环圈元件连接起来，并且有适当的应变计粘贴在这些部件上。具有这样结构的现有的载荷单元在GB2096777A里讨论过，但是它并不能测量绕通过轮辐的轴所用的力矩。英国专利GB2096777A公开了一个实心轮辐，该轮辐具有主杆元件和末端元件，每个末端元件的宽度小于相应的主干元件的宽度。每个末端减少的宽度足够小，以致于受到作用在轮辐方向上的扭力就可以使之变形弯曲。
因此，迫切需要改进了的载荷单元，既容易制造，又可以测量多个方向的力和力矩的分量。
用来传递力和力矩的截荷单元包含一个整体结构，其具有一个刚性中心轮毂和一个与中心轮毂同心的环圈，至少三个辐射状管子沿相应的纵向轴从中心轮毂延伸到环圈，柔性元件把辐射状管子和环圈连接起来，每个柔性元件顺从于与之相应的纵向轴线的每个相应的辐射状管子的位移。
该发明的另一方面是具有一个刚性中心轮毂和一个与之同心的刚性环圈以及多个沿相应纵向轴从中心轮毂到环圈径向延伸的辐射状管子。每个管子在垂直于纵向轴的截面内具有一个非矩形外表面，并且包括多个厚度减少以便集中应力的分隔开的壁元件。
该发明的再一个方面是一种制造在多个方向上传递力和力矩的载荷单元体的方法。本方法包括以下步骤：用一块材料，制成一个整体结构，其包含一个刚性中心轮毂，一个与轮毂同心的刚性环圈，至少三个从中心轮壳延伸到环圈的辐射状部件，其中柔性元件在到环圈的每个辐射状管子未端之间延伸并顺从于沿着每个辐射状管子的相应的纵向轴的相应的辐射状部件的位移；并且在每个辐射状部件内沿着轴线形成一个孔，其中载荷单元的灵敏度可以表示为在辐射状部件上形成的孔的直径的函数。最好，制造的步骤还包括在环圈上打一缝孔，且与每个相应的在辐射状部件内的孔成一直线。
该发明的再一方面是一种用于在正交坐标系内传感力和力矩的载荷单元，其包括一个载荷单元体和多个传感电路。载荷单元体包括一个刚性中心部件，一个刚性环圈，及多个径向延伸且连接中心部件和环圈的辐射状部件。多个传感电路安装在多个辐射状部件上。每个辐射状部件包含一个第一传感电路以提供一个第一输出信号，该信号响应在一个第一方向上通过相应的辐射状部件施加于中心部件和环圈之间的第一力。每个辐射状部件也包括一个第二传感电路以提供一个第二输出信号，其响应在一个第二方向上通过相应的辐射状部件施加于中心部件与环圈之间的第二力。其中第二方向基本垂直于第一方向。
图1是本发明的载荷单元的透视图。
图2是一个载荷单元的一侧正视图，去掉一部分以显示一个辐射状管子的剖面。
图3是载荷单元的一侧正视图，去掉一部分以显示另一个辐射状管子的剖面。
图4是载荷单元一侧的正视图，该载荷单元安装在轮圈上，如剖面所示。
图5是该发明载荷单元的第二个实施例的俯视图。
图6是图5所示的载荷单元的剖视图。
图7是第二实施例的俯视图，其具有安装板和连结件的滑环。
图8是一控制器的总方框图。
图9是比例及几何变换电路的方框图。
图10是一种正交矩阵变换电路一部分的电路图。
图11是坐标变换电路的电路图。
图12是载荷单元一侧正视图，去掉一部分以显示另一辐射状管子的剖面。
图13是惠斯通电桥的电路示意图。
图1说明了本发明的载荷单元10的第一个实施例。载荷单元10最好包括该发明的一个整的体12，它由一块材料制成。体12包含一个刚性中心轮毂14一个与之同心的刚性环圈16，多个辐射状管子20把中心轮毂14与环圈16连结起来。在所示的实施例中，多个辐射状管子20由四个管子21,22,23和24组成。管子21-24中的每个管子都从中心轮毂14沿相应纵向轴线21A,22A,23A,24A延伸到环圈16。最好，轴21A与轴23A成一直线，而轴22A与轴24A成一直线。另外，轴21A和23A垂直于轴22A和24A。尽管在这里是四个辐射状管子20，但应当理解三个或三个以上的任何数目的管子20可用来连结中心轮毂14与环圈16。最好，多个辐射状管子20围绕用26表示的中心轴均匀分布。
柔性元件31,32,33,34分别把每个辐射状管子21-24末端与环圈16连接起来。柔性元件31-34顺从于沿相应的纵向轴21A-24A的每个相应的辐射状管子21-24的位移。在所示的实施例中，柔性元件31-34是相同的而且包含整体成形的柔性带圈36和38。柔性带圈36和38位于每个纵向轴21A-24A的相对两侧上且把相应的辐射状管子21-24和环圈26连结起来。
多个应变传感器40安装在多个管子20上以传感应变。尽管多个传感器40可以安置在多个管子20上以便在这里提供一个弯曲应力指示，但最好常规安装传感器以便提供一个产生在多个辐射状管子20内壁上的剪切应力指示输出信号。在所示实施例中，四套应变传感器放置在每个管子21-24上，最好放在接近每个纵向长度的中心位置上。第一对应变传感器44放在每个管子21-24的面朝上部分。第二对应变传感器(未示出)安装在面朝下的表面上，大约与第一对应变传感器44成180度。以传统的惠斯通电桥在每个辐射状管子21-24上连接第一和第二对应变传感器以便在每个辐射状管子21-24上形成第一传感电路。第三对应变传感器46，大约与第一对传感器44成90°角安装而第四对应变传感器48大约与第三对传感器46成180℃安装。在每一个管子21-24上，第三和第四对应变传感器也按传统的惠斯通电桥连结以便在每个辐射状管子21-24上形成第二传感电路。通常，多个传感器40组成抗应变计。然而，其它传感器如光学或电容式传感器也可以在此应用。
在所示的实施例中，有四个辐射状管子21-24，使用八个单独的剪切传感惠斯通电桥。传感电路的个数的增减，取决于所用辐射状管子的个数，然而，最好至少要用3个管子。
来自应变传感器40的输出信号在中心轮毂14和环圈16之间在六个自由度上指示传递的力和力矩分量。为更好地说明，定义一个正交坐标系47，即X轴与纵向轴21A和23A成一直线，Z轴与纵向轴22A和24A成一直线，Y轴与中心轴26成一直线。
在所示实施例中，载荷单元10测量在多个管子20上的八个力，然后这8个力在坐标系47中转换成沿各轴的力与绕各轴的力矩。具体地说，沿x轴的力鉴于在辐射状管子22,24内产生的剪切应力被测量为主应变力，这是因为在辐射状管子21,23末端的柔性元件31、33是顺从于这个方向的，即表示为：
FX=F22X+F24X    (表达式1)
这里，在管子22,24上具有应变传感器44的第一传感电路提供输出信号。
相似地，沿Z轴的力鉴于在辐射状管子21,23内产生的剪切应力是主应变力，这是因为在辐射状管子22和24末端的柔性元件32,34是顺从于这个方向的，这可以表达为：
FZ=F21Z+F23Z    (表达式2)
这里，在管子21,23上具有应变传感器44的第一传感电路提供输出信号。
沿Y轴或中心轴26的力鉴于在所有辐射状管子21-24上产生的剪切应力是主应变力。这可以表达为：
FY=F21Y+F22Y+F23Y+F24Y(表达式3)这里，在管子21-24上具有应变传感器46和48的第二传感电路提供输出信号。
绕X轴的翻转力矩鉴于在辐射状管子22,24施加反作用力而产生的剪切应力是主应变力。辐射状管子21,23由于绕X轴的翻转力矩而基本为刚性。这可以表达为：
MX=F22Y-F24Y(表达式4)这里包括在辐射状管子22,24上传感器46,48的第二传感电路提供输出信号。
同样，绕Z轴的翻转力矩鉴于在辐射状管子21,23施加反作用力而产生的剪切应力是主应变力。辐射状管子22和24由于绕Z轴的翻转力矩而基本为刚性，这可以表达为：
MZ=F21Y-F23Y(表达式5)这里包括在管子21和23上传感器46,48的第二传感电路提供输出信号。
绕Y轴的翻转力矩鉴于在所有管子21-24上产生剪切应力是主应变力，这可以表达为：
MY=(F22X-F24X)+(F21Z-F23Z)(表达式6)这里包括在管子21-24上应变传感器44的第一传感电路提供输出信号。
应该这样理解，如果测量的力和力矩少于6个自由度数，那么应变传感器40和传感电路的数目可以减少。
在最佳实施例中，每个辐射状管子21-24包括多个厚度减少应力集中的间隔开的壁部分，参考图2和例子中的辐射状管子23，辐射状管子23具有一个非矩形的外表面60，其中厚度减少的壁部分表示为62A,62B,62C,62D。厚度减少的壁部分62A-62D是由辐射状管子23内的圆柱形孔64与第一对平行且方向相对的平面66A和66B以及与第二对方向相对的68A和68B平面形成的。第二对平面68A,68B与第一对平面66A和66B正交，这样在相应的纵向轴23A上，第一对平面与第二对平面就可以交替排列。尽管在这里所示的62A-62D部分的厚度大体相等，但是如果愿意，也可以制成不同厚度以在所选方向上给出所希望的灵敏度。最好，部分62A的厚度应该大体上等于部分62C的厚度，而部分62B的厚度应大体上等于部分62D的厚度。
第一传感电路的应变传感器44安装在第一对平行平面66A和66B上，而第二传感电路的应变传感器46和48安装在第二对平面68A和68B上。平面安装表面要优先选用，这是因为相对于曲面安装，所测的输出信号低于滞后现象和蠕变测量粘度，而这是由于在平面表面具有均匀的测量夹压力，它是用来锁定测量计内的残余应力的。同样，在曲面表面上，将这些测量计粘贴在所描述的线上排成一行更困难。非矩形外表面60还有一个好处，因为这种形状在辐射状管子23部分中形成集中应力，且近似于传感器40传感到的应力。尽管具有矩形横截面的管子(4个平面在角处相交)可以被应用，但是重要的应力集中发生相交处，很难安装应变传感器。因而实质上性能就减弱了。相比之下，如图2所示的非矩形横截面的辐射状管子23包括平面表面70A,70B,70C和70D，它们在每个第一套与第二套的连续平面表面之间延伸。在最佳实施例中，平面表面66A,66B,68A和68B和70A-70D在横截面上是八角形，由八角形外表面60形成每个辐射状管子21-24，从而简化了结构，减少了制造成本。这是因为平面表面容易制造。尽管在这里阐述的是一个在每个第一套与第二套连续表面之间延伸的平面，如平面70A，但是应理解为可使多个相关平面。相似地，平面表面70A-70D也可以由曲面壁部分76A,76B,76C和76D所取代，以形成一个非矩形截面的辐射状管子23’，如图3所示。不像具有一样壁厚的环状壁的管子结构，辐射状管子23’也有减少了壁厚的隔开的部分62A一62D，这是由平面66A,66B,68A和68B形成的，与八角形横截面相似，应力集中在这里。
辐射状管子23的八角形截面或者辐射状管子23’的横截面结构提供了大约高于具有相同环壁厚度且具有同样截面积的管子14％的输出(信噪比)和灵敏度。通过比较在八角形截面管子23与相同环壁厚的管子上产生的剪切应力就可以说明这一点。
发生在梁上任何一点q的剪节应力T可以由下列表达式给出：
Figure A9880098200131
其中：V是发生在包含q点的任意截面处的垂直剪切力。A’是q点上(或下)截面部分的面积，Z’是从中轴到A’的质心的距离。b是通过q点的所测截面的有效宽度(这里是管子壁厚的2倍)，I是惯性矩。
对于一个具有一个半径为0.650英寸的内孔的八角形截面管子，中轴q点的最小壁厚(部分62A-62D)为0.150英寸，A’大约为0.398平方英寸，Z’大约等于0.471英寸，I约等于0.219英寸的四次方和b约为0.300英寸。假设垂直剪切力为1000磅，那么八角形截面管子的剪应力大约为2853psi(磅/平方英寸)。
假设一个环壁厚均匀的管子的内孔半径为0.650英寸(内孔直径为1.300英寸)，外径为1.643英寸，其截面积大约等于上述八角管子的截面积。对于中轴线上一点q，质心z’大约等于0.471英寸，I大约等于0.218英寸的四次方，b大约等于0.343英寸。假设作用相同的垂直剪切力为1000磅，按上述所给式子计算，对于具有均匀环壁厚的管子的剪切应力为2504psi。因此，与具有均匀环壁厚的剪应力相比，八角形截面的管子的剪切应力集中高出14％左右。增加的剪切应力集中接近传感器40以输出较高的信噪比和灵敏度。另外，这提高的性能与较高惯性矩和弯曲强度比一起获得。此外，疲劳寿命也增加了。例如，若体12由2024T3铝制造而成，疲劳寿命从具有均匀环壁厚度的管子的106循环次数提高到具有八角形截面的管子的4×106循环次数。对于相同的疲劳寿命，这就提供了更多的输出。其它适合的材料还包括Ti,4340钢，17-4PH不锈钢或者别的高强度材料，上述的许多优点也应用于如图3所示的管子23’中。
载荷单元10尤其适合测量滚轮的力和力矩分量。本发明的第二种实施例10’如图4、5、6和7中所示。载荷单元10’与载荷单元10十分相似，这里，相同的元件具有相同的的参考数字。
参考图4，载荷单元10’取代了圆轮边70的中心部分。环圈16包含螺纹孔72以容纳多个紧固体74，以保证载荷单元10’固定在园轮边70上。一个内部安装盘75用多个紧固件76固定到中心轮毂上，紧固件76紧固在中心轮毂14上相应的螺纹孔78内(如图4)，内部安装盘75用适当的紧固件80联结在车辆的主轴上(未示出)如果园轮边70旋转或者部分旋转，由控制器82通过一个滑环机构84操作，将获得动力和从多个应变传感器40输出信号。控制器82计算，记录和/或显示由载荷单元10’测量的力和力矩的分量。
在最佳实施例内，载荷单元10’包含分别安装在凹口75和77内的放大电路71和73，如图7所示。放大电路71和73被连接到在辐射状管子21-24上的传感器并在输出信号传送到滑环机构84之前将其放大。通过放大输出信号，由滑环机构84引起的噪音问题就减少了。安装在孔83和85内的连结器79和81把放大电路71和73连结到滑环机构84上，安装盘87将滑环机构84与中心轮毂14连结起来，在安装盘87上提供通路87A和87B以便通过从滑环机构84到连结器79和81的导线。编码器89提供一个角输入信号给控制器82以显示载荷单元10’的角位置。
图8总的描述了由控制器82执行的操作，即转换在管子21-24上的8个单独的传感电路上接收的输出信号88，以便获得指示在静止正交坐标系内与六个自由度相关的分力和力矩分量的输出信号108。如图所示，从传感电路输出的信号88是由比例几何转换电路90接收，比例几何转换电路90调整输出信号88以补偿传感电路间的任何不平衡。电路90也根据上述所给表达式综合输出信号88以提供输出信号94，指示在正交坐标系47内的力和力矩分量(如图1)。
本发明最佳实施例的最主要的优点是对温度引起的误差不太敏感。正如上述讨论的，每个辐射状管子21-24中都包含相互独立的传感电路以提供输出信号。输出信号经综合而获取在正交坐标系47内的力和力矩，通常，现有技术是应用一个具有诸如应变计之类的传感元件的传感电路粘贴在两上不同基本隔开的柔性部件上。例如，通常用具有安装在相对的辐射状部件上的应变计组成惠斯通电桥来计算如绕X轴的力矩。然而，如果辐射状部件处在不同的温度环境，安装在该部件上并组成惠斯通电桥的应变计也处于不同的温度之下。由于在不同温度下的单个应变计在惠斯通电桥内存在不平衡，因而提供一个关于绕测量轴的力矩的错误指示。
在一些应用中，辐射状管子21-24很容易处在不同温度下，例如，如果仪器10’正如上述图4所示讨论的被用来测量一个滚轮的承载情况，而该滚轮安装在车辆上。如果车辆刹车，刹车元件如刹车圈以及相关的部件会升温，如果汽车刹车后一段时间静止，来自刹车部件的辐射能会轻易地不均匀地加热辐射状管子21-24，然而，可以看出，本发明组成传感电路的每个应变计安装在同一个辐射状部件上，以致使每个应变计大致都处在相同的温度下，因而，由温度引起的不平衡将会最小。
参考图8，交叉耦合矩阵电路96接收输出信号94并调整输出信号以补偿交叉力偶的任何影响。坐标转换电路102接收从交叉耦合矩阵电路96的输出信号100以及从编码器等输出的角输入信号104。坐标转换电路102调整输出信号100并提供输出信号108，其是载荷单元10’的位置函数，这样就可以提供一个静止正交坐标系内相应的力和力矩的分量。
图9详细表示出了比例几何转换电路90。高阻抗缓冲放大器110A-110H接收从滑环机构84来的输出信号88，依次地，加法器112A-112H提供一个零调整，最好可调放大器114A-114H分别调整输出信号88以便使与诸如在管子21-24上的应变传感器40的位置处的壁厚不同或者管子间的传感器40的位移的不同有关的差异而引起的任何不平衡得以补偿。加法器116A-116H，根据上述的表达式将来自放大器114A-114H的输出信号综合。可调放大器118A-118D用来确保来自加法器116A-116D的输出信号具有适当的放大倍数。
如上所述，交叉耦合补偿由电路96提供。如图10所示，描述了对信号Fx的交叉耦合补偿。其它输出信号Fy,Fz,Mx,My和Mz中的每个对交叉耦合影响的补偿与Fx相似。
图11详细说明了坐标转换电路102。编码器89为存储在适当的如RAM(可读随机存储器)之类的存储器120和122内的正余弦数字值提供指针。数模转换器124和126接收适当的数字值并产生相应的模拟信号指示载荷单元10’的角位置。乘法器128A-128H和加法器130A-130D综合沿X轴和Z轴的力和力矩输出信号，以提供关于静止正交坐标系的力和力矩输出信号108。
上述载荷单元10和10’安排了多个传感器40作为剪切传感器以提供在辐射状管子20上产生的剪切应力的指示。如果愿意，多个传感器40可以安装在辐射状管子20上作为弯曲传感器以提供在辐射状管子20上的弯曲应力指示。在一最佳实施例上，弯曲传感器位于联结每个管子21-24和中心轮毂14的带子前端或管子根部，例如图5中管子21上的140和142所示。
图5也显示了弯曲传感器150A,150B,150C和150D安装在连结每个管子21-24和中心轮毂14的带子的根部或前端。传感器150A-150D通常安置在同一样平面内，该平面平行于X轴、Z轴形成的平面。参考图13。第二套多个传感器152A-152D以与传感器150A-150D相似的方式安装在辐射状管子21-24上，但是放置在与传感器150A-150D所在平面相对的的表面上。例如，参考图2，传感器150A安置在连结表面66A和中心轮毂14的带子上，而传感器150B安置在连结表面66B和中心轮毂14的带子上。传感器150A-150D和传感器152A-152D组成的惠斯通电桥电路154(图13)，以便直接传感沿Y轴或中心轴线26上的力。尽管桥电路154有时是多余的，因为它与表达式3测量同样的力，但是在一些应用中，希望直接测量。例如，当载荷单元10’用来测量滚轮上的力和力矩时，在轮胎与路面接触处就产生沿Y轴或中心轴26的力。由于接触处偏离中心轴26，沿中心轴26的力在辐射状管子21-24上不均匀分配。应用桥电路154可以免除沿中心轴26的力在辐射状管子21-24上如何分配的假设要求。正如同领域技术熟练人员所评价的那样，桥电路154与其说是由这里阐述的弯曲传感器150A-150D和152A-152D组成不如说是剪切传感器组成的。
该发明中制成如图1和5的载荷单元体12的方法包括由一块整体材料整体地制成刚性中心轮毂14，与轮毂14同心的刚性环圈16以及从中心轮毂14到环圈16延伸的辐射状部件，其中柔性元件31-34在每个到环圈16的辐射状部件末端之间延伸。柔生元件31-34顺从于沿相应纵向轴21A-24A的每个相应的辐射状部件21-24的位移。由于载荷单元体12的对称性，很容易用传统的控制制造工艺加工。从一块具有两个主表面的材料，载荷单元体12被固定以加工第一主要表面和基本形成诸如中心轮毂14，环圈16以及辐射状部件21-24等的每个主要元件的一半。接着将该块半成品翻转，将第二主要表面对着加工设备。然后在第二主表面上进行加工，将中心轮毂14，环圈16和辐射状部件21-24的另一半加工成形。最好，如上所述，将辐射状部件21-24加工成具有非矩形截面的外表面60且使平面66A,66B,68A和66D正交分布。
本方法还包括沿相应纵向轴21A-24A的每个辐射状部件21-24内形成孔64，从而形成管状结构，这里载荷单元体12的灵敏度是辐射状部件21-24内孔64直径的函数。参考图2和12，在管子23内的孔64和64’尺寸不同。通过改变管子21-24内孔的直径，管壁厚度可以调整。在最佳实施例中，孔120(图1)在环圈16内形成且与管子21-24的孔64成直线。最好，孔120至少具有与管子21-24内的孔64相同的直径并且在通过环圈16向中心轮毂14钻孔64之前形成。在环圈16内形成孔120也允许载荷单元体12的灵敏度容易被调整，因为孔64可以容易由环圈16钻到中心轮毂14。
如图5所示的更最佳实施例中，辐射状管子21-24内的孔64也延伸到中心轮毂14并且逐渐减小到较小的开口122。
尽管参考实施例详细描述了本发明，但同领域技术熟练人员可以进行显而易见的变化和修改，这些变化和修改都包含在本发明的精神和范围之内。

Claims (46)

1．一种用于在多个方向上传递力与力矩的载荷单元体，其特征在于，该载荷单元体包括：
一整体结构，其具有：
一刚性中心轮毂；
一与中心轮毂同心的刚性环圈；
至少三个沿相应的纵向轴线从中心轮毂延伸到环圈的辐射状管子；以及
一柔性元件，其在到环圈的每个辐射状管子末端间延伸，并且顺从于每个相应的辐射状管子沿着相应的纵向轴线方向上的位移。
2．如权利要求1所述的载荷单元体，其特征在于，它还包括安装在所选辐射状管子上用来测量应变量的应变传感器。
3．如权利要求2所述的载荷单元体，其特征在于，应变传感器包括安装在每个辐射状管子上的剪切传感器。
4．如权利要求2所述的载荷单元体，其特征在于，应变传感器包括安装在每个辐射状管子上的弯曲传感器。
5．如权利要求1所述的载荷单元体，其特征在于，环圈包括与辐射状管子上每个孔成直线的孔。
6．如权利要求1所述的载荷单元体，其特征在于，每个辐射状管子的外表面基本上成圆柱形。
7．如权利要求3所述的载荷单元体，其特征在于，每个辐射状管子的外表面包含多个相对的平面表面，并且剪切传感器安装在平面表面上。
8．如权利要求7所述的载荷单元体，其特征在于，外表面包含第一对相对的平行平面表面以及第二对相对的平面表面，第二对平面表面与第一对平面正交以便使第一和第二对平面表面围绕每个相应的纵向轴相互交替安置，并且剪切传感器安装在第一和第二对平面表面上。
9．如权利要求8所述的载荷单元体，其特征在于，外表面包括一在每个第一对平面表面与其连续的第二对平面表面之间延伸的平面表面。
10．如权利要求8所述的载荷单元体，其特征在于，外表面包括在每个第一对平面表面与其连续的第二对平面表面之间延伸的多个平面表面。
11．如权利要求8所述的载荷单元体，其特征在于，外表面是八角形。
12．如权利要求8所述的载荷单元体，其特征在于，第一套剪切传感器安装在包含用于每个管子的第一剪切传感电路的第一套平面表面上，第二套剪切传感器安装在包含用于每个管子的第二剪切传感电路的第二套平面表面上。
13．如权利要求12所述的载荷单元体，其特征在于，四个辐射状管子从中心轮毂延伸到环圈，其中第一对辐射状管子在第一轴线上基本成直线，第二对管子在第二轴线上基本成直线，第一轴线基本垂直于第二轴线。
14．如权利要求1所述的载荷单元体，其特征在于，每个孔通过中心轮毂延伸。
15．如权利要求14所述的载荷单元体，其特征在于，中心轮毂上的孔的直径小于相应的孔的直径。
16．一种用于测量所选力和力矩分量的载荷单元，其特征在于，该载荷单元包括：
一个刚性中心轮毂；
一个与中心轮毂同心的刚性环圈；
多个辐射状管子，其沿相应的纵向轴从中心轮毂延伸到环圈；其中每个管子具有一个剖面为非矩形的外表面，该剖面垂直于纵向轴线，同时每个管子还包括多个厚度减少的间隔开的壁部分以集中应力；
一柔性部件，其在到环圈的每个辐射状管子的末端之间延伸，且顺从于每个相应的辐射状管子沿相应的纵向轴的位移；以及
多个安装在每个辐射状管子上的剪切传感器，其位置在厚度减少的壁部分以提供指示应变的输出信号。
17．如权利要求16所述的载荷单元，其特征在于，中心轮毂，环圈以及多个辐射状管子由一块材料整体做成。
18．如权利要求16所述的载荷单元，其特征在于，厚度减少的壁部分包含一个其上安装相关的剪切传感器的平面表面。
19．如权利要求16所述的载荷单元，其特征在于，多个剪切传感器包括一定数量以提供指示多个力或力矩的输出信号。
20．如权利要求16所述的载荷单元，其特征在于，每个管子包括四个隔开的厚度减少的壁部分。
21．如权利要求20所述的载荷单元，其特征在于，多个剪切传感器包括一定数量以提供指示多个力或力矩的输出信号。
22．如权利要求21所述的载荷单元，其特征在于，多个剪切传感器包括一定数量以提供指示沿三个正交轴上的力以及绕三个正交轴的力矩的输出信号。
23．如权利要求20所述的载荷单元，其特征在于，每个管子由剖面为八角形构成且该剖面垂直于每个相应的纵向轴。
24．如权利要求23所述的载荷单元，其特征在于，八角形包含八条基本相等的边。
25．如权利要求20所述的载荷单元，其特征在于，在每个管子的平面表面间延伸的外表面部分为曲面。
26．一种制造用于在多个方向上传递力和力矩的载荷单元的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
用一块材料制成一个整体结构，该整体结构具有一刚性中心轮毂，一与中心轮毂同心的刚性环圈，至少三个从中心轮毂延伸到环圈的辐射状部件，其中柔性元件在到环圈的每个辐射状部件末端间延伸，并且顺从于每个相应的辐射状部件沿着相应的纵向轴线方向上的位移。
在沿相应纵向轴的每个辐射状部件内形成孔，其中载荷单元的灵敏度是在辐射状部件内形成的孔的直径的函数。
27．如权利要求26所述的方法，其特征在于，制造步骤中包含在环圈内形成与在辐射状部件中形成的相应的孔成直线的孔。
28．如权利要求26的方法，其特征在于，每个辐射状部件的外表面基本是圆柱形。
29．如权利要求26的方法，其特征在于，每个辐射状部件的外表面包含平面表面。
30．一种用于传感关于正交坐标系的力或力矩的载荷单元，其特征在于，其包括：
一个载荷单元体，其包括：
        一个刚性中心部件；
        一个刚性环圈；以及
        多个辐射状部件，其径向延伸并连结中心部件和环圈；
多个传感电路，其中每个辐射状部件包括：
        第一传感电路，其提供与第一力相应的第一输出信号，该力
    在第一个方向上通过相应的辐射状部件施加于中心部件与环圈
    上；
        第二传感电路，其提供与第二力相应的第二输出信号，该力
    在第二方向上通过相应的辐射状部件施加于中心部件与环圈上，
    其中第二方向基本垂直于第一方向。
31．如权利要求30所述的载荷单元，其特征在于，每个第一传感电路包含一个剪切传感电路。
32．如权利要求31所述的载荷单元，其特征在于，每个第二传感电路包含一个剪切传感电路。
33．如权利要求30所述的载荷单元，其特征在于，每个第一传感电路包含一个弯曲传感电路。
34．如权利要求33所述的载荷单元，其特征在于，每个第二传感电路包含一个弯曲传感电路。
35．如权利要求30所述的载荷单元，其特征在于，多个辐射状部件包括三个辐射状部件。
36．如权利要求35所述的载荷单元，其特征在于，多个辐射状部件包括四个辐射状部件。
37．如权利要求36所述的载荷单元，其特征在于，四个辐射状部件沿两垂直轴延伸。
38．如权利要求30所述的载荷单元，其特征在于，每个辐射状部件包括一个管子。
39．如权利要求30所述的载荷单元，其特征在于，每个第一传感电路由一个惠斯通电桥电路组成。
40．如权利要求39所述的载荷单元，其特征在于，每个第二传感电路由一个惠斯通电桥电路组成。
41．如权利要求30所述的载荷单元，其特征在于，环圈与中心部件相对于共用中心轴同心，而且每个第二方向与共用中心轴一致。
42．如权利要求41所述的载荷单元，其特征在于，它还包括一个用于接收从每个传感电路提供的每一输出信号的控制器，其中，控制器通过综合第二传感电路来的输出信号计算沿共用中心轴的力。
43．如权利要求42所述的载荷单元，其特征在于，控制器通过综合从第一套至少两个第一传感电路来的输出信号计算沿垂直于共用中心轴的第一轴线上的力，以及通过综合第二套至少两个第一传感电路来的输出信号计算沿垂直于共用中心轴和第一轴的第二轴线上的力，第二套至少两个第一传感电路不同于第一套至少两个第一传感电路。
44．如权利要求43所述的载荷单元，其特征在于，控制器从第一传感电路来的输出信号计算绕共用中心轴的力矩。
45．如权利要求44所述的载荷单元，其特征在于，控制器从第一套至少两个第一传感信号和第二套至少两个第一传感信号来的输出信号计算绕共用中心轴的力矩。
46．如权利要求43所述的载荷单元，其特征在于，控制器通过综合从第一套至少两个第二套传感电路来的输出信号计算绕第一轴的力矩，以及通过综合第二套至少两个第二套传感电路来的输出信号计算绕第二轴的力矩，第二套至少两个第二套传感电路不同于第一套至少两个第二套传感电路。
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