CN204495502U - 一种大量程正交并联结构六维力传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种大量程正交并联结构六维力传感器，涉及传感器设计制造技术领域；解决了现有并联式六维力传感器耦合严重，弹性球铰结构限制传感器量程的不足的技术问题；该技术方案包括：测力平台、固定平台、检测分支，其特征在于，还包括立柱，所述立柱为十字梁形结构，立柱下端与固定平台固定连接；测力平台的中心具有正方形通孔，立柱上端十字梁形结构的四个突出的外端面分别与测力平台的正方形通孔的四个内端面固定连接，使测力平台平面内部形成四个方孔，每个方孔内连接一个水平检测分支。

Description

一种大量程正交并联结构六维力传感器

技术领域

本实用新型涉及传感器设计制造技术领域，特别涉及一种大量程正交并联结构六维力传感器。

背景技术

六维力传感器是一种能够同时检测空间内三维力信息和三维力矩信息的一类力传感器。自从20世纪70年代以来，六维力传感器一直被国内外众多学者所关注，成为国际热点研究课题之一，先后有多种不同材料，不同构型的六维力传感器问世，并逐渐走向产品化。敏感元件结构与布置对六维力传感器的最终性能起着决定性的作用，合理的结构设计能够有效减小或消除传感器本身的固有误差，从而提高测量精度。目前应用最多的六维力传感器为一体式结构，这类传感器往往在测量敏感部位存在一定程度的应力耦合，且无法完全解耦。Stewart并联结构以其自身在静力学方面的特性被引入到六维力传感器设计中，理论上它能够消除各敏感元件之间的耦合。且具有刚度大、结构稳定、承载能力高、无误差积累、逆解求解容易等，成为一类非常成功的六维力传感器结构实现形式。

现有的并联结构六维力传感器中，敏感元件在空间布局结构较为复杂，加工难度大，因此能够应用于实际生产中产品化的六维力传感器还比较少。另外，球铰或弹性球铰刚度低，使得该结构六维力传感器量程受到限制。

实用新型内容

本实用新型要解决的是现有并联式六维力传感器耦合严重，弹性球铰结构限制传感器量程的不足的技术问题。

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种大量程正交并联结构六维力传感器，包括：测力平台、固定平台、检测分支，还包括立柱，所述立柱为十字梁形结构，立柱下端与固定平台固定连接；测力平台的中心具有正方形通孔，立柱上端十字梁形结构的四个突出的外端面分别与测力平台的正方形通孔的四个内端面固定连接，使测力平台平面内部形成四个方孔，每个方孔内连接一个水平检测分支，四个水平检测分支以传感器竖直中心轴线呈圆周对称分布；测力平台和固定平台竖直方向分布四个竖直检测分支，四个竖直检测分支以传感器竖直中心轴线呈圆周分布。

更优地，立柱结构增大可以提高传感器的测量量程。

更优地，立柱的刚度提高可以提高传感器的测量量程。

更优地，检测分支上贴有应变片或者检测分支为单维力传感器。

更优地，检测分支两端通过弹性球铰或者球副连接结构与测力平台和固定平台、及测力平台和立柱连接。

更优地，所述大量程正交并联结构传感器由金属材料加工而成。

更优地，所述测力平台、固定平台外形为矩形结构。

通过以上技术方案可知，本实用新型提供一种大量程正交并联结构六维力传感器，本技术方案立柱上端直接与测力平相连，立柱与测力平台连接部分形成四个方孔，用于放置检测分支。当外力施加到测力平台上时，外力一部分由立柱承担，另一部分传递到八个检测分支上。这样在相同的检测分支结构(量程)下，六维力传感器所能检测的力范围增大，即能够提高传感器量程。除了上述优点，本实用新型传感器还具有结构和测量原理简便，微型和大型传感器均可由该结构实现，应用范围广等优点。

附图说明

图1 一种大量程正交并联结构六维力传感器结构示意图；

图2 一种大量程正交并联结构六维力传感器测量分支布局图。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本实用新型的技术方案进行更详细的说明。

需要说明的是，如果不冲突，本实用新型实施例以及实施例中的各个特征可以相互结合，均在本实用新型的保护范围之内。

实施例一，一种大量程正交并联结构六维力传感器，如图1、图2所示，包括：

测力平台1、固定平台5、检测分支2，还包括立柱4，所述立柱4为十字梁形结构，立柱4下端与固定平台5固定连接；测力平台1的中心具有正方形通孔，立柱4上端十字梁形结构的四个突出的外端面分别与测力平台1的正方形通孔的四个内端面固定连接，使测力平台1平面内部形成四个方孔，每个方孔内连接一个水平检测分支2，四个水平检测分支2以传感器竖直中心轴线呈圆周对称分布；测力平台1和固定平台5竖直方向分布四个竖直检测分支2，四个竖直检测分支2以传感器竖直中心轴线呈圆周分布。

将大量程正交并联结构传感器的检测分支2布置成竖直和水平状态，从而实现了测量解耦。当外力施加到测力平台上时，外力一部分由立柱承担，另一部分传递到八个检测分支上。这样在相同的检测分支结构(量程)下，六维力传感器所能检测的力范围增大，即能够提高传感器量程。

实施例二，一种大量程正交并联结构六维力传感器，如图1、图2所示，在实施例一的基础上，进一步包括：

进一步地，立柱4结构增大可以提高传感器的测量量程。

进一步地，立柱4的刚度提高可以提高传感器的测量量程。通过增大立柱的刚度可以提高一种大量程正交并联结构六维力传感器的测量量程。

进一步地，检测分支2上贴有应变片或者检测分支2为单维力传感器。

检测分支2上贴有应变片，可测量其轴向拉压力。在本技术方案测力平台1与固定平台5之间连接立柱4结构基础上，测力平台1平面内部四个方孔中可选择检测分支2上贴应变片或者检测分支由单维力传感器构成。四个竖直检测分支2可选择检测分支2上贴应变片或者检测分支由单维力传感器构成。

进一步地，检测分支2两端通过弹性球铰3或者球副连接结构与测力平台1和固定平台5、及测力平台1和立柱4连接。检测分支2两端为弹性球铰3，检测分支2两端通过弹性球铰3与测力平台和固定平台连接。测力平台1平面内部四个方孔中的检测分支2两端通过弹性球铰3与测力平台1和立柱4连接。也可以采用检测分支2两端为球副连接结构实现测力平台1和固定平台5、及测力平台1和立柱4连接。

进一步地，所述大量程正交并联结构传感器由金属材料加工而成。由金属材料一次加工而成，通过一体式结构大大增加了传感器的承载能力，进而提高了传感器的量程。

进一步地，所述测力平台1、固定平台5外形为矩形结构。测力平台1、固定平台5外形为正方形长方形，也可以为圆形、菱形、椭圆或其它形状。

一种大量程正交并联结构六维力传感器测量方法及原理：传感器检测时首先将固定平台5固定，外力施加到测力平台1上，外力一部分被连接在测力平台1和固定平台5中的立柱4承担，另一部分传递到八个检测分支2上。检测分支2两端为弹性球铰3，只能承受轴向拉压力，轴向拉压力可由其上的应变片进行测量。当作用在测力平台1上的力为X和Y方向力、Z方向力距时，可由四个水平检测分支2测量求得，其中X方向力由图2中所示的M5和M7分支测量求得；Y方向力由M6和M8分支测量求得；Z方向力距由M5、M6、M7、M8分支测量求得。当作用在测力平台1上的力为Z方向力、X和Y方向力距时，可由四个竖直检测分支2测量求得，其中Z方向力由M1、M2、M3、M4分支测量求得；X方向力距由M2和M4分支测量求得；Y方向力距由M1和M3分支测量求得。最终该传感器实现了对空间六维力的解耦测量。由于施加到测力平台1上的外力大部分被立柱4承担，因此传递到检测分支2上的力较小，从而无需改变检测分支大小及弹性球铰结构就可以大大提高该六维力传感器的量程。

本实用新型具有结构和测量原理简便，测量解耦，量程大，易于模块化，应用范围广等优点，可应用于机器人、工业生产、航空航天技术等多种需要大量程六维力测量的领域。

当然，本实用新型还可有其他多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型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实用新型的权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种大量程正交并联结构六维力传感器，包括：测力平台、固定平台、检测分支，其特征在于，还包括立柱，所述立柱为十字梁形结构，立柱下端与固定平台固定连接；测力平台的中心具有正方形通孔，立柱上端十字梁形结构的四个突出的外端面分别与测力平台的正方形通孔的四个内端面固定连接，使测力平台平面内部形成四个方孔，每个方孔内连接一个水平检测分支，四个水平检测分支以传感器竖直中心轴线呈圆周对称分布；测力平台和固定平台竖直方向分布四个竖直检测分支，四个竖直检测分支以传感器竖直中心轴线呈圆周分布。

2.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，立柱结构增大可以提高传感器的测量量程。

3.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，立柱的刚度提高可以提高传感器的测量量程。

4.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，检测分支上贴有应变片或者检测分支为单维力传感器。

5.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，检测分支两端通过弹性球铰或者球副连接结构与测力平台和固定平台、及测力平台和立柱连接。

6.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述大量程正交并联结构传感器由金属材料加工而成。

7.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述测力平台、固定平台外形为矩形结构。