CN210533581U - 一种应用于工业现场的六维力传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种应用于工业现场的六维力传感器，由顶盖、测量板组成。其中测量板由内柱结构、外环结构、弹性体、应变片、薄板结构组成；顶盖由圆形平板、内凸台和外凸台组成。弹性体结构上粘贴的应变片有测量功能的应变片和另一种检测功能的应变片，采集两种应变片桥路数据做对比，出现较大差异则提示电路故障。薄板结构为变截面结构，整体平滑过渡。所述顶盖的外凸台和测量板外环结构设置缝隙，超载情况下外凸台与外环结构碰撞限位。本实用新型提高了传感器电路故障时的安全性；通过变截面薄板结构使六维力传感器的强度大幅提高，同时设置了限位结构，从而大幅提高了传感器在工业现场使用过程中的抗过载性能和安全性。
Description
技术领域
本实用新型涉及工业机器人及其传感器应用领域，具体是一种应用于工业现场的六维力传感器。
背景技术
随着机器人技术的发展，机器人力控应用需求的日益旺盛。六维力传感器是实现机器人力控的关键传感器。六维力传感器是一种可以同时检测3个方向力分量和3个力矩分量的高精度力传感器。
工业现场环境比较恶劣，工业现场应用的六维力传感器要求具备可靠性高，高过载的要求。目前传感器容易出现问题的环节是瞬间大过载和应变片电桥电路故障引起的安全隐患问题。
一般的六维力传感器抗过载能力较差，一般为额定载荷的3倍左右，很少超过5倍。在工业现场应用时很可能因为操作失误、误碰撞引起瞬时大过载，从而导致传感器损坏。对于电阻应变片式六维力传感器电路环节较多，容易引起电路故障导致输出异常，而六维力传感器作为机器人末端力感知的唯一部件，输出异常会引起机器人误操作，从而引起机器人安全隐患。
实用新型内容
本实用新型针对传统六维力传感器工业现场应用中存在的过载能力低，电路故障容易引起安全隐含的问题，提出了一种应用于工业现场的六维力传感器。
为了达到上述目的，本实用新型包括顶盖、测量板等组成。其中测量板由内柱结构、外环结构、弹性体组成，顶盖由圆形平板、内凸台和外凸台组成，通过螺栓与测量板连接，顶盖上有与工件连接的螺纹孔。
其特征在于：弹性体上粘贴有应变片，弹性体应变片按功能分两种，一种测量功能的应变片粘贴在靠近内柱结构的位置，另一种检测功能的应变片挨着测量功能应变片粘贴在远离内柱结构的位置。
其特征在于：所述弹性体数量为3个或4个，弹性体为实心矩形截面结构。可定义以穿过其中一个弹性体矩形截面中心的法线为X轴，在以各个弹性体矩形截面中心的法线组成的平面内，垂直于X轴且穿过弹性体界面中心法线交点的轴线定义为Y轴，以右手直角坐标系可得到Z轴。三个轴向的力和力矩分别为Fx、Fy、Fz、Mx、My、Mz。
其特征在于：对于单个弹性体上的应变片，测量功能的应变片在弹性体的4个面上每个面贴2个，对于检测功能的应变片4个面上每个面贴1个。测量功能的应变片对应面上的4个应变片组全桥，对于检测功能的应变片对应面上的2个应变片组半桥。
其特征在于：六维力传感器在使用过程中，测量功能应变片组成的电桥采样率大于等于500Hz，检测功能应变片的组成的电桥的采样率小于等于10Hz，采集后两组数据做对比，出现较大差异则提示机器人控制器故障停机。
其特征在于：薄板结构为变截面结构，中部横截面积为根部的1/2-2/3，整体平滑过渡。
其特征在于：顶盖、测量板通过螺纹连接装配完成后，顶盖的外凸台和测量板的外环结构缝隙大小0.08mm-0.15mm之间，使用过程中Mx、My超载情况下，外凸台与测量板的外环结构碰撞，从而保护弹性体不受损坏。
本实用新型具有以下优点及突出性效果：本实用新型实现了一种应用于工业现场的六维力传感器结构，通过设置检测功能应变片桥路，在没有大幅增加采样难度和成本的情况，提高了电路故障时的安全性；通过变截面薄板结构使六维力传感器的强度大幅提高，同时设置了Mx、My向的限位结构，在Mx、My方向过载时起到保护作用，极大提高了传感器的抗过载性能。
附图说明
图1为一种应用于工业现场的六维力传感器分解结构图。
图2为一种应用于工业现场的六维力传感器正视图。
图3为测量板和弹性体应变片贴片位置示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步的说明：
各部分进行说明如下：
1、顶盖 2、测量板 3、螺钉 4、应变片
101、圆形平板 102、内凸台 103、外凸台 104、螺纹孔
201、内柱结构 202、外环结构 203、弹性体 204、薄板结构
401、测量功能应变片 402、检测功能应变片
如图1所示，本实用新型包括顶盖1、测量板2等组成。其中测量板2由内柱结构201、外环结构202、弹性体203、薄板结构204组成，所述内柱结构201位于测量板2的中部，所述弹性体203均匀分布于内柱结构201的周围且一端与内柱结构201直接连接，所述弹性体203另一端与薄板结构204中部连接，薄板结构204两端与外环结构202固连，如图3所示，弹性体203为实心矩形截面结构，弹性体203上还粘贴有应变片4，顶盖1由圆形平板101、内凸台102和外凸台103组成，圆形平板101为顶盖1的基板，内凸台102为圆形平板101上中部凸起的圆形凸台，外凸台103为圆形平板101上周侧的环形凸起，所述顶盖1上有与工件连接的螺纹孔104。
所述的顶盖1和测量板2的连接方式是：通过螺栓3将顶盖1的内凸台102和测量板2的内柱结构201连接，从而实现顶盖1和测量板2的连接。
图3所示，弹性体203上粘贴有应变片4，弹性体应变片4按功能分两种，一种测量功能的应变片401粘贴在靠近内柱结构201的位置，另一种检测功能的应变片402挨着测量功能应变片401粘贴在远离内柱结构201的位置。
所述弹性体203数量为3个或4个。可定义以穿过其中一个弹性体203矩形截面中心的法线为X轴，在以各个弹性体矩形截面中心的法线组成的平面内，垂直于X轴的且穿过各个弹性体截面中心的法线焦点轴线定义为Y轴，以右手直角坐标系可得到Z轴。三个轴向的力和力矩分别为Fx、Fy、Fz、Mx、My、Mz。对于单个弹性体203上的应变片，测量功能的应变片401在弹性体203的4个面上每个面贴2个，对于检测功能的应变片402在弹性体203的4个面上每个面贴1个。测量功能的应变片401对应面上的4个应变片组全桥，对于检测功能的应变片402对应面上的2个应变片组半桥。
六维力传感器在使用过程中，测量功能应变片401组成的电桥采样率大于等于500Hz，这样可以很好的保证力控系统的实时性；检测功能应变片402的组成的电桥的采样率小于等于10Hz，检测功能应变片桥路采用低采样率模式可以降低采集系统的配置要求，降低成本。校准时同时做校准。实际使用过程中，采集后两组数据做对比，出现较大输出差异时则提示机器人控制器故障停机。
如图3所示，薄板结构204为变截面结构，中部横截面积为根部的1/2-2/3，整体平滑过渡。通过变截面结构使薄板结构刚度下降，同时强度没有显著变化，有利于Fx，Fy方向解耦的同时整体结构强度得到保证。
当前测量板本身结构可以保证Fx、Fy、Fz、Mz方向8倍过载能力，但是Mx、My方向过载能力较差，为提高Mx、My方向过载能力，设置结构如下：顶盖1、测量板2通过螺纹连接装配完成后，顶盖1的外凸台103和测量板2的外环结构202的轴向缝隙大小t保证在0.08mm-0.15mm之间，使用过程中Mx、My超载情况下，外凸台101与测量板2的外环结构202碰撞，从而保护弹性体不受损坏。
Claims (6)
1.一种应用于工业现场的六维力传感器，其特征在于：包含顶盖和测量板：
所述的测量板由内柱结构、外环结构、弹性体、应变片、薄板结构组成，所述内柱结构位于测量板的中部，所述弹性体均匀分布于内柱结构的周围且一端与内柱结构直接连接，所述弹性体另一端与薄板结构中部连接，薄板结构两端与外环结构固连，所述应变片粘贴在弹性体上，且按照粘贴位置不同分成两种，一种测量功能的应变片粘贴在弹性体上靠近内柱结构的位置，另一种检测功能的应变片挨着测量功能应变片粘贴在应变片上远离内柱结构的位置；
所述顶盖由圆形平板、内凸台和外凸台组成，圆形平板为顶盖的基板，内凸台为圆形平板上中部凸起的圆形凸台，外凸台为圆形平板上周侧的环形凸起，所述顶盖上有与工件连接的螺纹孔；
所述的顶盖和测量板的连接方式是：通过螺栓将顶盖的内凸台和测量板的内柱结构连接，从而实现顶盖和测量板的连接。
2.按照权利要求1所述的六维力传感器，其特征在于：弹性体结构为实心矩形截面结构，数量为3个或4个；定义以穿过其中一个弹性体矩形截面中心的法线为X轴，在以各个弹性体矩形截面中心的法线组成的平面内，垂直于X轴且穿过弹性体截面中心法线焦点的轴线定义为Y轴，以右手直角坐标系的定义方式可得到Z轴，三个轴向的力和力矩分别定义为Fx、Fy、Fz、Mx、My、Mz。
3.按照权利要求1所述的六维力传感器，其特征在于：对于单个弹性体，测量功能的应变片在弹性体的4个面上每个面贴2个，对于检测功能的应变片4个面上每个面贴1个；测量功能的应变片对应面上的4个应变片组全桥，对于检测功能的应变片对应面上的2个应变片组半桥。
4.按照权利要求1所述的六维力传感器，其特征在于：在使用过程中，测量功能应变片组成的电桥采样率大于等于500Hz，检测功能应变片组成的电桥的采样率小于等于10Hz，采集后两组数据做对比，出现较大差异则提示机器人控制器故障停机。
5.按照权利要求1所述的六维力传感器，其特征在于：薄板结构为变截面结构，中部横截面积为根部的1/2-2/3，整体平滑过渡。
6.按照权利要求1所述的六维力传感器，其特征在于：顶盖、测量板通过螺纹连接装配完成后，顶盖的外凸台和测量板的外环结构沿轴向的缝隙大小0.08mm-0.15mm之间，使用过程中Mx、My超载情况下，外凸台与测量板的外环结构碰撞，从而保护弹性体不受损坏。
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| CN201920913654.1U CN210533581U (zh) | 2019-06-18 | 2019-06-18 | 一种应用于工业现场的六维力传感器 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113561163A (zh) * | 2021-07-27 | 2021-10-29 | 苏州艾利特机器人有限公司 | 双通道多维力传感器及机器人 |
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2019
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