CN208704938U - 一种六维力传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及传感器技术领域，特别涉及一种六维力传感器，包括：内圈结构、外圈结构以及均匀分布在内圈和外圈结构之间的若干测量梁，所述测量梁包括四个臂面，分别为上臂面、和上臂面相对的下臂面、左臂面、和左臂面相对的右臂面，所述臂面上均设有应变片，其中，相对臂面上的应变片为一对，所述内圈结构上对称开设有偶数个的凹槽，偶数个所述凹槽的表面均延伸有凸起，所述凸起上设有位置相互对应的第一温度补偿应变片和第二温度补偿应变片。该六维传感器改善了传统六维力传感器在机械臂末端靠近发热体时，上下表面存在温度差而引起的温漂。
Description
技术领域
本实用新型涉及传感器技术领域，特别涉及一种六维力传感器。
背景技术
六维力传感器是一种可以同时检测3个力分量和3个力矩分量的力传感器，根据X,Y,Z方向的力分量和力矩分量可以得到合力和合力矩。电阻应变式测力原理是目前广义六维力传感器中应用最多的一种。六维力传感器内部至少有三个测量梁，其横截面为矩形。每个测量梁包括上壁面、下壁面、左壁面和右壁面四个面，其中上壁面和下壁面是两个相对的壁面，左壁面和右壁面是两个相对的壁面。而六维力传感器检测垂直方向上的受力情况主要通过传感器内部梁的上下壁面两个应变片分压情况来检测。由于电阻式应变片阻值随着温度的变化也将产生变化而梁上下面经常会出现受热不均匀的现象，特别是专配在机械臂末端的六维力传感器接近发热体时，梁上下面会由于受热不均匀而使上下壁面的应变片存在电压差。传统的温度补偿是靠温度传感器或在非受力面贴单片应变片来进行温补，在上下壁面受热不均匀的情况下，温度传感器测量的数值并不能正确反映梁上下的壁面温差,这样在机械臂末端的六维力传感器靠近发热体时,传统的温度补偿就会失去效果。
实用新型内容
本实用新型的目的：为了改善六维力传感器在机械臂末端靠近发热体时，上下表面存在温度差而引起的温漂，本实用新型提出一种六维力传感器及改善六维力传感器温度偏移的方法，
为了达到上述目的，本实用新型的技术方案如下：
一种六维力传感器，包括：内圈结构、外圈结构以及均匀分布在内圈和外圈结构之间的若干测量梁，所述测量梁包括四个臂面，分别为上臂面、和上臂面相对的下臂面、左臂面、和左臂面相对的右臂面，所述臂面上均设有应变片，其中，相对臂面上的应变片为一对，所述内圈结构上对称开设有偶数个的凹槽，偶数个所述凹槽的表面均延伸有凸起，所述凸起上设有位置相互对应的第一温度补偿应变片和第二温度补偿应变片。
作为优选，所述测量梁的横截面为矩形。
作为优选，所述内圈结构包括内圈和弹性体一，所述内圈设置在弹性体一周侧；
所述外圈结构包括外圈和弹性体二，所述外圈设置在弹性体二的周侧。
作为优选，所述测量梁的一端连接弹性体二，另外一端连接内圈。
作为优选，所述第一温度补偿应变片的一端耦接电源正极，另外一端耦接第二温度补偿应变片，所述第二温度补偿应变片的一端耦接第一温度补偿应变片，另外一端耦接电源负极。
本实用新型的有益效果：
1.改善了六维力传感器在机械臂末端靠近发热体时，上下表面存在温度差而引起的温漂；
2.结构合理，原理简单，便于操作；
附图说明
图1为六维力传感器的正视图；
图2为六维力传感器的后视图；
图3为六维力传感器的整体示意图；
图4为第一温度补偿应变片和第二温度补偿应变片的电路连接示意图；
图5为测量臂的剖视图；
图6为CH1和CH2处的电压测量点；
其中：1、外圈结构，11、弹性体二，12、外圈，2、内圈结构，21、内圈，22、弹性体一，3、测量臂，41、凹槽，42、凸起，5、第一温度补偿应变片，6、第二温度补偿应变片，7、应变片，8、CH0电压测量点，9、CH1电压测量点，10、CH2电压测量点。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
请参考图1和图3，一种六维力传感器，其特征在于，包括内圈结构、外圈结构以及均匀分布在内圈和外圈结构之间的若干测量梁，测量梁的横截面为矩形，测量梁包括四个臂面，分别为上臂面、和上臂面相对的下臂面、左臂面、和左臂面相对的右臂面，臂面上均设有应变片，其中，相对臂面上的应变片为一对，内圈结构上对称开设有偶数个的凹槽，偶数个所述凹槽的表面均延伸有凸起，凸起上设有位置相互对应的第一温度补偿应变片和第二温度补偿应变片。
内圈结构包括内圈和弹性体一，内圈设置在弹性体一周侧，外圈结构包括外圈和弹性体二，外圈设置在弹性体二的周侧，测量梁的一端连接弹性体二，另外一端连接内圈。
请参考图4，第一温度补偿应变片的一端耦接电源正极，另外一端耦接第二温度补偿应变片，第二温度补偿应变片的一端耦接第一温度补偿应变片，另外一端耦接电源负极。
下面，以有三个测量梁的六维力传感器为例，具体讲述温度补偿的原理：
六维力传感器包括十二个应变片，应变片按照相同方向，纵向或横向粘贴在测量梁的每个壁面上，用于测量测量梁每个壁面的纵向应变和横向应变，粘贴在相对臂面上的应变片为一对，通过测量各个相对的壁面每对应变片上的分压，计算出壁面上任意方向的应变值。
内圈结构上对称开设有偶数个的凹槽，偶数个所述凹槽的表面均延伸有凸起，凸起上设有位置相互对应的第一温度补偿应变片和第二温度补偿应变片，第一温度补偿应变片和第二温度补偿应变片串联在一起，通过测量它们的分压即CH0处的电压,对其他测量梁每对应变片的分压进行温度补偿。
另外，由于电阻式应变片阻值随着温度的变化也将产生变化，当上下壁面存在温差时，上壁面或下壁面的应变片阻值就会发生改变，CH0电压就会发生改变，从而在上下壁面受热不均匀的情况下依然可以有很好的补偿温度效果。
请参考图6，图6为CH1和CH2的分压测量点，因此可通过采集不同温度下六维力传感器相对臂面上的每对应变片的分压，得到6路分压信号：CH1、CH2…CH6，同时采集六维力传感器的第一温度补偿应变片、第二温度补偿应变片的分压CH0；
对采集到的CH1、CH2…CHX电压数据和CH0电压数据，利用最小乘法求对应关系，得到CH1～CHX电压和CH0电压的线性表达式:ΔCHX＝Kx*ΔCH0,其中，X范围为1～X,Kx为相对臂面上应变片电压的温度补偿系数；
根据计算的线性表达式对CH1～CHX的电压进行温度补偿得到温补后的电压:CHX＝CHX-Kx*ΔCH0。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解；依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。
Claims (5)
1.一种六维力传感器，其特征在于，包括：内圈结构、外圈结构以及均匀分布在内圈和外圈结构之间的若干测量梁，所述测量梁包括四个臂面，分别为上臂面、和上臂面相对的下臂面、左臂面、和左臂面相对的右臂面，所述臂面上均设有应变片，其中，相对臂面上的应变片为一对，所述内圈结构上对称开设有偶数个的凹槽，偶数个所述凹槽的表面均延伸有凸起，所述凸起上设有位置相互对应的第一温度补偿应变片和第二温度补偿应变片。
2.根据权利要求1所述的六维力传感器，其特征在于，所述测量梁的横截面为矩形。
3.根据权利要求1所述的六维力传感器，其特征在于，所述内圈结构包括内圈和弹性体一，所述内圈设置在弹性体一周侧；
所述外圈结构包括外圈和弹性体二，所述外圈设置在弹性体二的周侧。
4.根据权利要求1或3所述的六维力传感器，其特征在于，所述测量梁的一端连接弹性体二，另外一端连接内圈。
5.根据权利要求1所述的六维力传感器，其特征在于，所述第一温度补偿应变片的一端耦接电源正极，另外一端耦接第二温度补偿应变片，所述第二温度补偿应变片的一端耦接第一温度补偿应变片，另外一端耦接电源负极。
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| CN113091967A (zh) * | 2021-03-26 | 2021-07-09 | 徐州徐工挖掘机械有限公司 | 一种轴销式三轴测力传感器 |
| CN114370968A (zh) * | 2022-01-04 | 2022-04-19 | 松诺盟科技有限公司 | 多维力、扭矩传感器力臂结构及多维力、扭矩传感器 |
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