CN211527695U - 一种含有s型柔性体的并联微型六维力传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种含有S型柔性体的并联微型六维力传感器，包括上安装座、下安装座、上平台、底座、外环体和六个S型柔性测力分支。每个S型柔性测力分支包括S型柔性体、上柔性球铰、下柔性球铰、上锁紧螺母和下锁紧螺母；每个S型柔性测力分支分别通过上、下锁紧螺母与上、下安装座相接；上、下安装座与上平台、底座固连；外环体封装在上平台和底座的外侧。其中，测力分支主体通过S型的创新结构设计，使其中间应变梁上产生清晰稳定的应变效果，同时通过与上、下柔性球铰一体加工，消除了关节间隙，并采取并联对称耦合的布置形式，从而可提升微型六维力传感器的整体刚度和测力精度。
Description
技术领域
本实用新型涉及的是一种含有S型柔性体的并联微型六维力传感器，属于传感器领域。
背景技术
随着人工智能产业的不断发展，智能感知部分的核心装置——微型多维力传感器的结构设计是一个重要的研究课题。相比于其他多维力传感器，六维力传感器应用最广泛，且研究难度最大。现有的六维力传感器分为一体式和并联式，相比于一体式六维力传感器，并联式六维力传感器具有更好的各向同性、刚度性能以及误差灵敏度，同时占用空间更小，更适用于微型精密传感场合。
目前，并联式六维力传感器普遍采取Stewart机构形式，通过测量六个分支弹性体上的应变力，再结合Stewart机构的力映射关系，可解算出空间六维力。其中，分支弹性体的结构设计决定了并联式六维力传感器的测力精度和整体刚度，是整个并联式六维力传感器的核心研究内容。经检索，目前有如下相关内容：
申请号为CN200510127308.3的专利，提出了一种六维力传感器集成应变计，该微型多维力感知机构采用薄壁圆筒式弹性体，结构简单，方便加工。转换元件采用组合式应变片，将多组应变片集合到一块基底上，容易控制各组应变片之间的位置精度，减少了因应变片粘贴带来的误差；申请号为CN201910304538.4的专利，提出了一种应变集中的六维力传感器布片结构，其通过设计弹性连接梁，添加检测平面，通过几何关系的约束使得切应力集中，降低成本，提高精度。以上传感器结构均是通过增加检测面的形式，以实现测试精度的提升，这在实际应用中，对检测面的精度要求会很高。
实用新型内容
本实用新型解决的技术问题：针对于目前市场上存在的微型六维力传感器，在进行六维力触觉感知时，由于弹性体的应变力不局限于拉/压方向，同时会形成各测量分支中的误差累积，从而导致整体测试精度较低，且随着弹性形变的累积，会降低测力系统的稳定性。
本实用新型的技术方案是：
一种含有S型柔性体的并联微型六维力传感器，包括
上安装座、下安装座、上平台、底座、外环体和六个S型柔性测力分支；S型柔性测力分支分别通过上锁紧螺母、下锁紧螺母与上安装座、下安装座相接；上安装座、下安装座分别与上平台、底座固连；外环体封装在上平台和底座的外侧，预留出线口和密封层，并通过薄微防水透气膜实现防尘和防水。
任意相邻S型柔性测力分支均可两两分为一组，形成三组中心对称的布置形式。
所述每个S型柔性测力分支包括S型柔性体、上柔性球铰、下柔性球铰、上锁紧螺母和下锁紧螺母。
所述S型柔性体包含中间应变梁、上柔性框架、上切槽、下柔性框架、下切槽；上、下柔性框架关于中间应变梁轴线对称分布，上、下切槽关于中间应变梁中心对称分布，上、下柔性框架与上、下切槽的各边边长均相等，上、下柔性框架与上、下切槽中心面之间的距离小于上、下柔性框架与中间应变梁的距离。
所述上安装座、下安装座中心对称布置三组楔形面，每组楔形面的夹角相等，数值在120度到170度之间，同时上安装座、下安装座对应的各组楔形面保持平行。
所述S型柔性测力分支为一体化柔性结构，且各组之间可相互替换；所述柔性球铰采用直圆型柔性球铰或椭圆型柔性球铰或圆弧型柔性球铰。
所述中间应变梁的上、下表面分别均匀布置四片应变片，上、下表面的应变片布置点均呈正方形分布，且上下表面对应的应变片布置点连线与S型柔性测力分支轴线方向平行；相邻应变片布置相反极性电阻，斜对应变片布置相同极性电阻，形成全等臂电桥回路。
所述并联微型六维力传感器，整体尺寸不大于50×50×50mm，可应用于机器微型关节的力触觉传感等场合。
所述并联微型六维力传感器，总体测力误差是各分支检测误差总和的12％～15％。
所述并联微型六维力传感器的上安装座、下安装座外侧装有外环体，并预留出线口和密封层，以实现传感器的产品封装。
本实用新型与现有技术相比的优点如下：
1.本实用新型中研发了S型柔性体结构形式的测量分支主体，通过S型柔性体的对称应变分解，可使分支中间梁上产生清晰稳定的应变效果，从而有效提升标定和测力精度。
2.本实用新型中的测量分支通过S型柔性体与上、下柔性球铰一体加工的结构形式，不仅消除了关节间隙，还使各组分支具有互换性，整体结构简单，便于拆装，进而增强了传感器的环境适应性。
3.本实用新型中的六维力传感器采取并联对称耦合的布置形式，不仅提升了传感器的承载能力，还具有六维测力方向上的误差耦合性，即在提升传感器整体刚度的同时还可提升其测力精度。
附图说明
图1为实施例总装结构示意图；
图2为实施例各部分结构示意图，图2(a)为上安装座，图2(b)为外环体，图2(c)为六维力传感器本体，图2(d)为下安装座；
图3为实施例桥路布局示意图；
具体实施方案
下面结合附图对本实用新型的具体实施方案进行进一步的详细描述。
如附图1、2所示，本方案包括上安装座1、下安装座7、上平台2、底座6、外环体10和六个S型柔性测力分支；每个S型柔性测力分支包括S型柔性体4、上柔性球铰3、下柔性球铰5、上锁紧螺母9和下锁紧螺母8。S型柔性测力分支分别通过上锁紧螺母9、下锁紧螺母8与上安装座1、下安装座7相接；上安装座1、下安装座7分别与上平台2、底座6固连；外环体10封装在上平台2和底座6的外侧，预留出线口和密封层，并通过薄微防水透气膜实现防尘和防水。
本方案的桥路布局如附图3所示，中间应变梁的上下表面分别均匀布置四片应变片，上下表面的应变片位置点均呈正方形分布，且上下表面对应的应变片位置点连线垂直于中间应变梁中心面，形成全等臂电桥回路。全等臂电桥回路共有八个电阻，每个桥臂有两个电阻，可合理解决敏感元件在不同受力条件下提高电桥的灵敏度、温度补偿等问题。应变片电阻R1、R4、R6、R7的应变极性一致，应变片电阻R2、R3、R5、R8的应变极性一致，且与R1、R4、R6、R7的应变极性相反。
综上所述，本实用新型提出了一种含有S型柔性体的并联微型六维力传感器。
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
本实用新型并不局限于前述的具体实施方式。本实用新型扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。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)
1.一种含有S型柔性体的并联微型六维力传感器，其特征在于：包括
上安装座(1)、下安装座(7)、上平台(2)、底座(6)、外环体(10)和六个S型柔性测力分支；S型柔性测力分支分别通过上锁紧螺母(9)、下锁紧螺母(8)与上安装座(1)、下安装座(7)相接；上安装座(1)、下安装座(7)分别与上平台(2)、底座(6)固连；外环体(10)封装在上平台(2)和底座(6)的外侧，预留出线口和密封层，并通过薄微防水透气膜实现防尘和防水。
2.根据权利要求1所述的一种含有S型柔性体的并联微型六维力传感器，其特征在于：任意相邻S型柔性测力分支均可两两分为一组，形成三组中心对称的布置形式。
3.根据权利要求1所述的一种含有S型柔性体的并联微型六维力传感器，其特征在于：所述每个S型柔性测力分支包括S型柔性体(4)、上柔性球铰(3)、下柔性球铰(5)、上锁紧螺母(9)和下锁紧螺母(8)。
4.根据权利要求3所述的一种含有S型柔性体的并联微型六维力传感器，其特征在于：所述S型柔性体(4)包含中间应变梁、上柔性框架、上切槽、下柔性框架、下切槽；上、下柔性框架关于中间应变梁轴线对称分布，上、下切槽关于中间应变梁中心对称分布，上、下柔性框架与上、下切槽的各边边长均相等，上、下柔性框架与上、下切槽中心面之间的距离小于上、下柔性框架与中间应变梁的距离。
5.根据权利要求1所述的一种含有S型柔性体的并联微型六维力传感器，其特征在于：所述上安装座(1)、下安装座(7)中心对称布置三组楔形面，每组楔形面的夹角相等，数值在120度到170度之间，同时上安装座(1)、下安装座(7)对应的各组楔形面保持平行。
6.根据权利要求3所述的一种含有S型柔性体的并联微型六维力传感器，其特征在于：所述S型柔性测力分支为一体化柔性结构，且各组之间可相互替换。
7.根据权利要求4所述的一种含有S型柔性体的并联微型六维力传感器，其特征在于：所述中间应变梁的上、下表面分别均匀布置四片应变片，上、下表面的应变片布置点均呈正方形分布，且上下表面对应的应变片布置点连线与S型柔性测力分支轴线方向平行；相邻应变片布置相反极性电阻，斜对应变片布置相同极性电阻，形成全等臂电桥回路。
8.根据权利要求1-7任一所述的一种含有S型柔性体的并联微型六维力传感器，其特征在于：所述并联微型六维力传感器，整体尺寸不大于50×50×50mm，可应用于机器微型关节的力触觉传感等场合。
9.根据权利要求1-7任一所述的一种含有S型柔性体的并联微型六维力传感器，其特征在于：所述并联微型六维力传感器，总体测力误差是各分支检测误差总和的12％～15％。
10.根据权利要求1-7任一所述的一种含有S型柔性体的并联微型六维力传感器，其特征在于：所述并联微型六维力传感器的上安装座(1)、下安装座(7)外侧装有外环体，并预留出线口和密封层，以实现传感器的产品封装。
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112168351A (zh) * | 2020-09-22 | 2021-01-05 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于fbg光纤的机器人关节力感知系统及其优化方法 |
| CN112220558A (zh) * | 2020-09-22 | 2021-01-15 | 哈尔滨工业大学 | 一种手术机械臂及其形状测量方法 |
| CN113237421A (zh) * | 2021-05-31 | 2021-08-10 | 中航电测仪器股份有限公司 | 一种轴销形应变式传感器 |
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2019
- 2019-12-04 CN CN201922156542.9U patent/CN211527695U/zh active Active
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