CN208721292U - 一种基于三梁式六分量力矩传感器的敏感元件 - Google Patents

Abstract

一种基于三梁式六分量力矩传感器的敏感元件，包括测量外环(1)、弹性测力柱(2)、测量内环(3)、测量应变计(4)，通过测量外环(1)与测量内环(3)之间传递载荷使弹性测力柱(2)产生形变，位于弹性测力柱(2)上的测量应变计(4)与固定电阻(5)组成惠斯顿电桥，电桥的输出实时反映了外界载荷的变化，本实用新型提出的敏感元件解决了现有传统元件需要大量应变计组桥才能完成测量的问题，通过降低应变计的使用数量，提高了可靠性，节约了成本。

Description

一种基于三梁式六分量力矩传感器的敏感元件

技术领域

本实用新型涉及一种基于三梁式六分量力矩传感器的敏感元件，属于传感器技术领域。

背景技术

六分量力/力矩传感器广泛应用于机器人系统的反馈装置、风洞测力试验、汽车试车台等场景中，在六分量力/力矩传感器的应用中，传感器自身的可靠性是用户最为关心的问题。

对于以应变计作为测量元件的传感器，其可靠性主要由应变计的粘贴质量和应变计粘贴数量决定。假定每个粘贴完毕的应变计可靠性固定，很明显，整个传感器粘贴的应变计数量越少，则整个传感器的可靠性越高。所以，如何在结构设计中尽量优化传感器结构，减少应变计的粘贴数量，是提高传感器可靠性的最佳手段。目前，大部分传感器以四个弹性梁或弹性片作为敏感元件，例如，CN107782482提出了一种四个弹性横梁和四个弹性纵梁共同作为敏感元件的方式，在每个弹性梁上均粘贴应变计进行测量；CN206974574提出了一种敏感元件为三个弹性柱的形式，但要求每个弹性柱的侧面都粘贴应变计，传统元件所需的应变计数量，一般在24片至32片之间，如此多的应变计数量，在实际使用过程中，任何一片应变计及其对应的连接部分损坏，均会直接使整个传感器无法工作，大大制约了整个传感器的可靠性，并使得整个传感器结构复杂，成本高。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题是：针对目前现有技术中，传统测量传感器的应变计数量太多导致整个传感器结构复杂，宜损坏的问题，提出了一种基于三梁式结构的新型测量方法。

本实用新型解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：

一种基于三梁式六分量力矩传感器的敏感元件，包括测量外环，弹性测力柱，测量内环，测量应变计，所述弹性测力柱通过测量外环内侧表面的弹力柱安装孔与测量外环固定连接，并通过测量内环外侧表面的弹力柱安装孔与测量内环固定连接，弹性测力柱通过测量外环下表面、测量内环上表面的外接孔实现与外接机构端口的连接，所述测量应变计粘贴于弹性测力柱侧面靠近测量内环的根部位置。

所述弹性测力柱数量为3个，弹性测力柱与弹力柱安装孔一一对应。

还包括固定电阻，所述测量应变计与固定电阻组成惠斯顿电桥。

所述固定电阻数量为测量应变计数量的三倍。

所述测量应变计安装角度为与弹性测力柱轴向呈90度。

所述测量应变计阻值与固定电阻阻值相等。

所述外接孔包括内环螺纹孔、内环销钉孔、外环螺纹孔、外环销钉孔，所述内环螺纹孔、内环销钉孔设置于测量内环上表面，所述外环螺纹孔、外环销钉孔设置于测量外环下表面，测量内环通过内环螺纹孔、内环销钉孔连接于测量内环上表面，测量外环通过外环螺纹孔、外环销钉孔连接于测量外环下表面。

所述内环销钉孔、外环销钉孔数量均为1个。

所述内环螺纹孔数量为6个，于测量内环上表面呈六边形状规则排布。

优选的，所述外环螺纹孔数量为6个，于测量外环下表面呈六边形状规则排布。

本实用新型与现有技术相比的优点在于：

本实用新型提供的一种三梁式敏感元件测量方法，测量元件只有三个侧力柱，三个测力柱只需要12片应变计就可完成六分量力的测量，相比于传统方法，大大降低了应变计的使用数量，这就从根本上减小了因应变计而导致的传感器故障几率，既提高了传感器的可靠性，也降低了成本，结构简洁，便于加工。

附图说明

图1为实用新型提供的三梁式敏感元件的立体图；

图2为实用新型提供的应变计组桥方法示意图；

图3为实用新型提供的顶部转接件外接孔俯视图；

图4为实用新型提供的底部转接件外接孔示意图；

具体实施方式

一种基于三梁式六分量力矩传感器的敏感元件，如图1所示，包括测量外环1、弹性测力柱2、测量内环3、测量应变计4，连接顺序依次为：测量内环3通过下表面安装孔与弹性测力柱2固定连接，弹性测力柱2通过测量外环1上表面安装孔与测量外环1固定连接，同时测量外环1下表面、测量内环3上表面均设置有与外接机构对接的外接孔，各元器件之间的连接通过螺钉和销钉实现，测量应变计4安装于弹性测力柱2侧面靠近测量内环3根部一侧，安装角度为沿轴向呈90度，每两个测量应变计4安装于同一个弹性测力柱2上，测量应变计4与固定电阻5组合形成惠斯顿电桥；

惠斯顿电桥的输出作为传感器的一路输出，固定电阻数量为测量应变计4数量的三倍，阻值相同，如图2所示，弹性测力柱2数量为3个，测量应变计4数量为6个，因此共有6路输出；

在实际工作中，在外界载荷作用下，测量外环1、测量内环3产生相对位移，相对位移量使得弹性测力柱2产生弹性变形，变形会使粘贴在弹性测力柱2上的测量应变计4产生应变输出，对于测量应变计4与3个固定电阻组成的电桥，其输出电压V即会发生变化；

电桥输出电路确定后，建立六分量力/力矩和6路输出的函数关系，将该函数关系作为解耦公式，反算得到实际使用过程中的实时力/力矩值，其中：

每片测量应变计4分别和三个与测量应变计4等值的固定电阻5组成一个惠斯顿电桥，6片测量应变计共组成6个电桥。如图2所示，每个电桥的U+、U-为电桥供电电压端，V+、V-为电桥的信号输出端。采集V+、V-之间的压差作为电桥的输出电压，6个电桥的输出电压依次记为V＝{V1,V2,V3,V4,V5,V6}；

根据传感器的使用精度要求，对传感器进行校准，校准时对传感器施加约定组数已知具体值的六分量力/力矩，并记录对应的电压输出，即可计算得到解耦公式。

如图3、图4所示，所述外接孔包括内环螺纹孔11、内环销钉孔12、外环螺纹孔31、外环销钉孔32，所述内环螺纹孔11、内环销钉孔12设置于测量内环3上表面，所述外环螺纹孔31、外环销钉孔32设置于测量外环1下表面，测量内环3通过内环螺纹孔11、内环销钉孔12连接于测量内环3上表面，测量外环1通过外环螺纹孔31、外环销钉孔32连接于测量外环1下表面，内环销钉孔12、外环销钉孔32数量均为1个，所述内环螺纹孔11数量与外环螺纹孔31数量相同，均为6个，且分别于测量内环3上表面、测量外环1下表面呈六边形状规则排布。

本实用新型说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种基于三梁式六分量力矩传感器的敏感元件，其特征在于：包括测量外环(1)，弹性测力柱(2)，测量内环(3)，测量应变计(4)，所述弹性测力柱(2)通过测量外环(1)内侧表面的弹力柱安装孔与测量外环(1)固定连接，并通过测量内环(3)外侧表面的弹力柱安装孔与测量内环(3)固定连接，弹性测力柱(2)通过测量外环(1)下表面、测量内环(3)上表面的外接孔实现与外接机构端口的连接，所述测量应变计(4)粘贴于弹性测力柱(2)侧面靠近测量内环(3)的根部位置。

2.根据权利要求1所述的一种基于三梁式六分量力矩传感器的敏感元件，其特征在于：所述弹性测力柱(2)数量为3个，弹性测力柱(2)与弹力柱安装孔一一对应。

3.根据权利要求1所述的一种基于三梁式六分量力矩传感器的敏感元件，其特征在于：还包括固定电阻(5)，所述测量应变计(4)与固定电阻(5)组成惠斯顿电桥。

4.根据权利要求3所述的一种基于三梁式六分量力矩传感器的敏感元件，其特征在于：所述固定电阻(5)数量为测量应变计(4)数量的三倍。

5.根据权利要求1～4任一所述的一种基于三梁式六分量力矩传感器的敏感元件，其特征在于：所述测量应变计(4)安装角度为与弹性测力柱(2)轴向呈90度。

6.根据权利要求5所述的一种基于三梁式六分量力矩传感器的敏感元件，其特征在于：所述测量应变计(4)阻值与固定电阻(5)阻值相等。

7.根据权利要求1所述的一种基于三梁式六分量力矩传感器的敏感元件，其特征在于：所述外接孔包括内环螺纹孔(11)、内环销钉孔(12)、外环螺纹孔(31)、外环销钉孔(32)，所述内环螺纹孔(11)、内环销钉孔(12)设置于测量内环(3)上表面，所述外环螺纹孔(31)、外环销钉孔(32)设置于测量外环(1)下表面，测量内环(3)通过内环螺纹孔(11)、内环销钉孔(12)连接于测量内环(3)上表面，测量外环(1)通过外环螺纹孔(31)、外环销钉孔(32)连接于测量外环(1)下表面。

8.根据权利要求7所述的一种基于三梁式六分量力矩传感器的敏感元件，其特征在于：所述内环销钉孔(12)、外环销钉孔(32)数量均为1个。

9.根据权利要求7所述的一种基于三梁式六分量力矩传感器的敏感元件，其特征在于：所述内环螺纹孔(11)数量为6个，于测量内环(3)上表面呈六边形状规则排布。

10.根据权利要求7所述的一种基于三梁式六分量力矩传感器的敏感元件，其特征在于：所述外环螺纹孔(31)数量为6个，于测量外环(1)下表面呈六边形状规则排布。