CN203688114U - 一种基于Stewart结构的六维力传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基于Stewart结构的六维力传感器，包括上传力盘、直径大于上传力盘的下传力盘和六个按半对称结构分布连接于上、下传力盘之间的支路组件，所述的支路组件由自上而下同轴连接配合的上铰座、球铰、上连接杆、传感器组件、下连接杆和下铰座组成，其中，传感器组件具有一个带接插件的采用板环结构的弹性体，在弹性体上设有与接插件连接的电路板，在弹性体表面对称粘贴有四个由应变电阻构成的敏感应变片，各敏感应变片通过焊接方式与电路板组成惠斯通电桥结构。本实用新型的有益效果是可以释放支路上耦合应力对弹性体工作区带来的不利影响，提高传感器的综合精度。
Description
技术领域
本实用新型内容属于电子感测衡器技术领域,涉及一种抗耦性强、综合精度高的基于Stewart结构的六维力传感器。
背景技术
基于Stewart结构的六维力传感器是一种十分优越的六维力传感器，自1965年提出该并联机构以来，由于其承载能力强、精度高、响应快、灵敏度高等独特优点，倍受设计者和使用者的青睐，迄今已广泛应用于机器人、航空(如飞机起落地冲击力测试)、航天(火箭模型发射力测试、航天器对接时六维力测试)、汽车(撞击试验)和造船等领域。但目前本领域公知的基于Stewart结构的六维力传感器还存在有抗耦合性能较差的问题，各支路传感器如果为纯二力杆只受到拉压方向的力，则测量的结果将比较准确，如果有耦合力进入该支路传感器，则由于耦合的影响该支路传感器的精度会降低，而且耦合因素也是降低整个六维力传感器综合精度的一个重要原因。
实用新型内容
本实用新型的目的在于对现有技术存在的问题加以解决，提供一种结构合理、抗耦性强、综合精度高的基于Stewart结构的六维力传感器。
为实现上述发明目的，本实用新型采用的技术方案如下：
一种基于Stewart结构的六维力传感器，包括上传力盘、直径大于上传力盘的下传力盘和六个按半对称结构分布连接于上、下传力盘之间的支路组件，所述的支路组件由自上而下同轴连接配合的上铰座、球铰、上连接杆、传感器组件、下连接杆和下铰座组成，其中的传感器组件具有一个带接插件的采用板环结构的弹性体，在弹性体上设有与接插件连接的电路板，在弹性体表面对称粘贴有四个由应变电阻R1、R2、R3、R4构成的敏感应变片，各敏感应变片通过焊接方式与电路板组成惠斯通电桥结构。
上述基于Stewart结构的六维力传感器中，各支路组件的传感器组件的两端分别与上、下连接杆螺纹套穿连接，下连接杆直接与下铰座相连，上连接杆与球铰一端相连，上铰座与球铰另一端相连。
上述基于Stewart结构的六维力传感器中，下铰座的下端通过定位螺纹孔与下传力盘连接，上端开有螺纹孔与下连接杆相连；上铰座的上端通过定位螺纹孔与上传力盘连接，下端开有螺纹孔与球铰的一端相连。
上述基于Stewart结构的六维力传感器中，所述的下连接杆的下端和上端均为螺纹杆，上连接杆两端都为螺纹孔。
上述基于Stewart结构的六维力传感器中，在支路组件上、下连接杆的中间位置处均开有正交十字槽。
上述基于Stewart结构的六维力传感器中，所述球铰的两端都为螺纹杆，其上端与上铰座螺纹连接，下端与上连接杆的上端螺纹连接；该球铰可沿支路组件中心轴自由转动。
上述基于Stewart结构的六维力传感器中，四个敏感应变片依次相互连接组成环型结构惠斯顿电桥，并处于弹性体的最大形变区。
与现有技术相比，本实用新型具有的优点和技术效果如下所述。
1、在六维力传感器中采用强抗弯、扭性能的板环结构的弹性体，测量的是元件的弯曲应力，当环受拉向或压向载荷作用时，由于垂直与水平直径位移方向相反，在应变区截面在弯矩均布的轴向力作用下，产生方向相反的弯曲应变。
2、上、下连接杆的中间位置处加工可等效为弹性铰链的正交十字槽结构，当有弯曲力矩施加到支路传感器上时，由于有弹性铰链效应，弯曲力矩的影响将大大减小，使得力传递基本上按照设计的方向进行，力的传递越集中，传感器的精度就越高。
3、本实用新型在各支路组件上设计的特质球铰能够实现在一定角度范围内的自由任意转动，该结构可释放支路的扭矩与弯曲的耦合应力对弹性体工作区带来的不利影响，整体上使得外部耦合对工作应变区影响最小，提高Stewart结构六维力传感器的综合精度。
经本实用新型设计者实验检测，本实用新型与公知Stewart结构六维力传感器做对比，其综合精度提高有明显提高。具体参数如下：单路加载精度≤1.2%F.S.；复合加载精度≤1.7%F.S.。
附图说明
图1是本实用新型一个具体实施例的结构示意图。图中标号1为上传力盘，2为下传力盘，3为支路组件。
图2是该六维力传感器中支路组件的结构示意图。图中标号31为上铰座，32为球铰，33为上连接杆，34为传感器组件，35为下连接杆，36为下铰座。
图3是支路组件中传感器组件表面设置结构的示意图。图中标号34a为弹性体，34b为敏感应变片(R1、R2、R3、R4)。
图4是传感器组件的电路结构示意图。图中标号34c为电路板，34d为接插件，34e为导线。
图5是支路组件中连接杆带有正交十字槽结构的下连接杆的主视向示意图。图中标号37为正交十字槽。
图6是图5的侧视图。
具体实施方式
以下将结合附图对本实用新型内容做进一步说明，但本实用新型的实际制作结构并不仅限于下述的实施例。
参见附图1，本实用新型所述的基于Stewart结构的六维力传感器由上传力盘1、下传力盘2和六个支路组件3组成。下传力盘2的盘面直径大于上传力盘1，六个支路组件3按半对称结构分布连接于上、下传力盘1、2之间，每个支路组件呈相同的仰角。
本实用新型支路组件3的结构如图2所示，它由自上而下同轴连接配合的上铰座31、球铰32、上连接杆33、传感器组件34、下连接杆35和下铰座36组成。其中，传感器组件34的两端分别与上、下连接杆33、35螺纹套穿连接，下连接杆35直接与下铰座36相连，上连接杆34与球铰32下端连接，上铰座31与球铰32另一端连接。该球铰可沿支路组件中心轴自由转动；下铰座36的下端通过定位螺纹孔与下传力盘2连接，上端开有螺纹孔与下连接杆35相连；上铰座31的上端通过定位螺纹孔与上传力盘1连接，上铰座31的上端通过定位螺纹孔与上传力盘1相连，下端开有螺纹孔与球铰32一端相连；在上、下连接杆33、35在中间位置处开有正交十字槽37(参见图5和图6，图中给出了下连接杆示意图，上连接杆与之相似，故图例不再给出)。
本实用新型传感器组件34的结构如图3和图4所示，它具有一个带接插件34d的采用板环结构的弹性体34a，在弹性体34a上设有与接插件34d连接的电路板34c，在弹性体34a表面对称粘贴有四个由应变电阻R1、R2、R3、R4构成的敏感应变片34b，四个敏感应变片34b依次相互连接并通过焊接方式与电路板34c组成环型结构惠斯通电桥，并处于弹性体34a的最大形变区。
本实用新型产品的制作步骤为：
1、将已加工处理的弹性体34a工作表面进行清洗、打磨、划线、刷胶等工艺步骤后将敏感应变片粘贴于处理表面，然后在电路板34c上利用导线34e将四个敏感应变片34b(电阻R1、R2、R3、R4)组成惠斯通桥路，再与接插件34d完成电气连接。
2、使传感器组件34位于支路组件3的中间，两端分别与上、下连接杆33、35相连；然后，下连接杆35与下铰座36相连，上连接杆33先与球铰32相连再连接上铰座31，完成支路组件3的装配；装配中须保证装配后组件的同轴度在一定的误差范围内。
3、完成了六个支路组件3的装配后，按预定位置使它们与上、下传力盘1、2相连。装配时，上、下铰座31、36与两传力盘先用销钉定位连接，再以螺钉相连,上下连接方式相同，最终完成六维力传感器的整体装配。
Claims (7)
1.一种基于Stewart结构的六维力传感器，其特征在于：包括上传力盘(1)、直径大于上传力盘(1)的下传力盘(2)和六个按半对称结构分布连接于上、下传力盘(1、2)之间的支路组件(3)，所述的支路组件(3)由自上而下同轴连接配合的上铰座(31)、球铰(32)、上连接杆(33)、传感器组件(34)、下连接杆(35)和下铰座(36)组成，其中的传感器组件(34)具有一个带接插件(34d)的采用板环结构的弹性体(34a)，在弹性体(34a)上设有与接插件(34d)连接的电路板(34c)，在弹性体表面对称粘贴有四个由应变电阻R1、R2、R3、R4构成的敏感应变片(34b)，各敏感应变片(34b)通过焊接方式与电路板(34c)组成惠斯通电桥结构。
2.根据权利要求1所述的基于Stewart结构的六维力传感器，其特征在于：各支路组件的传感器组件(34)的两端分别与上、下连接杆(33、35)螺纹套穿连接，下连接杆(35)直接与下铰座(36)相连，上连接杆(33)与球铰(32)一端相连，上铰座(31)与球铰(32)另一端相连。
3.根据权利要求1或2所述的基于Stewart结构的六维力传感器，其特征在于：下铰座(36)的下端通过定位螺纹孔与下传力盘(2)连接，上端开有螺纹孔与下连接杆(35)相连；上铰座(31)的上端通过定位螺纹孔与上传力盘(1)连接，下端开有螺纹孔与球铰(32)的一端相连。
4.根据权利要求1或2所述的基于Stewart结构的六维力传感器，其特征在于：所述的下连接杆(35)的下端和上端均为螺纹杆，上连接杆(33)两端都为螺纹孔。
5.如权利要求1或2所述的基于Stewart结构的六维力传感器，其特征在于：在支路组件上、下连接杆(33、35)的中间位置处均开有正交十字槽(37)。
6.根据权利要求1所述的基于Stewart结构的六维力传感器，其特征在于：所述球铰(32)的两端都为螺纹杆，其上端与上铰座(31)螺纹连接，下端与上连接杆(33)的上端螺纹连接；该球铰(32)可沿支路组件中心轴自由转动。
7.根据权利要求1所述的基于Stewart结构的六维力传感器，其特征在于：所述四个敏感应变片(34b)依次相互连接组成环型结构惠斯顿电桥，并处于弹性体(34a)的最大形变区。
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