CN216543412U - 一维力控传感器及机械臂 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种一维力控传感器及机械臂，涉及传感器技术领域。一维力控传感器包括固定单元，固定单元具有容纳腔；浮动单元，浮动单元沿着预设方向可滑动地连接于容纳腔的内侧壁；以及应力传感器，应力传感器固定于浮动单元且位于容纳腔内，应力传感器随着浮动单元在预设方向上能够与容纳腔的底壁接触或分离，应力传感器被配置为检测预设方向上的作用力。一维力控传感器保障了对于预设方向的作用力的监测精度，整体结构简单且成本更低，使用寿命更长，有效解决了现有问题。能够使得应用该一维力控传感器的机械臂精确监测到单一方向的受力。

Description

一维力控传感器及机械臂

技术领域

本申请涉及传感器技术领域，具体而言，涉及一种一维力控传感器及机械臂。

背景技术

在协作机械臂应用领域，为了提高机械臂的使用寿命，需要精确监控单一方向的受力情况，一维力控传感器解决了这一问题。

目前，市场上存在的力控传感器为集成烧制的应变片，此种方式的力控传感器有一致命缺点是负载小、抗震动能力差、价格高昂、寿命短，在震动剧烈的环境中实测只有一两个月的使用寿命。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种一维力控传感器，其能够改善现有的采用应变片的力控传感器抗震能力差，使用寿命短的问题。

本申请的另外一个目的在于提供一种机械臂，其包括上述一维力控传感器，其具有该一维力控传感器的全部特性。

本申请的实施例是这样实现的：

本申请的实施例提供了一种一维力控传感器，包括：

固定单元，所述固定单元具有容纳腔；

浮动单元，所述浮动单元沿着预设方向可滑动地连接于所述容纳腔的内侧壁；以及

应力传感器，所述应力传感器固定于所述浮动单元且位于所述容纳腔内，所述应力传感器随着所述浮动单元在所述预设方向上运动能够与所述容纳腔的底壁接触或分离，所述应力传感器被配置为检测所述预设方向上的作用力。

将应力传感器设置于浮动单元，由于浮动单元只能沿着预设方向相对于固定单元活动，因此，当受到外界的震动时，应力传感器只会检测到沿着预设方向的作用力，其他方向的作用力可以被固定单元承担，而浮动单元也隔离了其他方向的作用力，使得应力传感器的使用寿命更长，并且由于隔离了其他方向的力的干扰，检测精度也更高。

另外，根据本申请的实施例提供的一维力控传感器，还可以具有如下附加的技术特征：

在本申请的可选实施例中，所述固定单元包括保持架和第一传动件，所述容纳腔形成于所述保持架内，所述第一传动件固定于所述容纳腔的内侧壁；

所述浮动单元包括传感柱和第二传动件，所述传感柱位于所述容纳腔内，所述传感柱在所述预设方向上与所述保持架之间具有间隙，所述应力传感器嵌设于所述传感柱的靠近所述容纳腔底壁的一侧，所述第二传动件固定于所述传感柱，所述第二传动件与所述第一传动件滑动配合。

通过第一传动件与第二传动件之间的滑动配合，使得传感柱可以沿着保持架在预设方向有所浮动，从而能够使得应力传感器可以有所浮动，以对预设方向的作用力进行检测，保持架可以分摊其他方向的作用力，传感柱可以在带动应力传感器的同时，也保护应力传感器免受其他方向震动的影响，保障应力传感器的检测精度和使用寿命。

在本申请的可选实施例中，所述传感柱的底部设有第一限位部，所述传感柱的顶部设有第二限位部，所述保持架的内壁向内凸设成内凸部，所述内凸部的顶部在所述预设方向上与所述第一限位部之间具有间隙，所述内凸部的底部在所述预设方向上与所述第二限位部之间具有间隙。

通过第一限位部、第二限位部与内凸部的配合，传感柱在预设方向上可以有略微的活动间隙，既满足应力传感器的检测需求，又可以通过略微的活动来降低震动的影响。

在本申请的可选实施例中，所述浮动单元包括弹性挡圈，所述弹性挡圈套设于所述传感柱以形成所述第二限位部。

弹性挡圈可以方便实际生产时进行装配并形成第二限位部。

在本申请的可选实施例中，所述第一传动件为滑块，所述第二传动件为直线导轨。

通过滑块与滑轨的配合，在滑动过程中能够有效隔离预设方向以外的作用力对应力传感器的影响，只允许预设方向的作用力传递，方便应力传感器检测。

在本申请的可选实施例中，所述滑块的数量为三个，所述直线导轨的数量为三个，三个所述直线导轨在所述传感柱的周向均匀分布。

三个滑块和三个直线滑轨在传感柱的周向均匀分布，可以有效隔离其他方向的作用力。

在本申请的可选实施例中，所述保持架具有透气孔，所述容纳腔通过所述透气孔与外部空间连通。

透气孔可以避免环境温度变化导致容纳腔与外部有气压差而影响应力传感器的测量精度。

在本申请的可选实施例中，所述固定单元包括第一连接件，所述第一连接件用于与外部驱动构件连接，所述浮动单元包括第二连接件，所述第二连接件用于与外部受驱构件连接，所述第一连接件设置于所述保持架的在所述预设方向上的一端，所述第二连接件位于所述保持架的在所述预设方向上的另一端且将所述容纳腔封挡，所述传感柱固定于所述第二连接件。

通过使用第一连接件和第二连接件，可以方便与机械臂以及受驱动的部件连接。

在本申请的可选实施例中，所述固定单元还包括密封圈，所述密封圈设置于所述保持架的外周壁，所述密封圈用于密封所述第二连接件与所述保持架之间的间隙。

密封圈可以避免外部水、水蒸气、灰尘进入应力传感器内部。

本申请的实施例提供了一种机械臂，包括：

机械臂本体；以及

根据上述任一项所述的一维力控传感器，所述一维力控传感器设置于所述机械臂本体。

机械臂通过使用该一维力控传感器，能够精确获知被驱动件的受力，便于调整施力大小。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请的一维力控传感器的示意图；

图2为图1的A-A方向剖视图；

图3为图1的爆炸图。

图标：100-一维力控传感器；10-应力传感器；20-固定单元；21-保持架；211-内凸部；212-透气孔；22-第一传动件；23-第一连接件；24-密封圈；30-浮动单元；31-传感柱；311-第一限位部；312-第二限位部；32-第二传动件；33-第二连接件；101-容纳腔。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

实施例

请参照图1至图3，本申请的实施例提供了一种一维力控传感器100，包括：

固定单元20，固定单元20具有容纳腔101；

浮动单元30，浮动单元30沿着预设方向可滑动地连接于容纳腔101的内侧壁；以及

应力传感器10，应力传感器10固定于浮动单元30且位于容纳腔101内，应力传感器10随着浮动单元30在预设方向上运动能够与容纳腔101的底壁接触或分离，应力传感器10被配置为检测预设方向上的作用力。

简单而言，将应力传感器10设置于浮动单元30，由于浮动单元30只能沿着预设方向相对于固定单元20活动，因此，当受到外界的震动时，应力传感器10只会检测到沿着预设方向的作用力，其他方向的作用力可以被固定单元20承担，而浮动单元30也隔离了其他方向的作用力，使得应力传感器10的使用寿命更长，并且由于隔离了其他方向的力的干扰，检测精度也更高。

请参照图2和图3，本实施例的固定单元20包括保持架21和第一传动件22，容纳腔101形成于保持架21内，第一传动件22固定于容纳腔101的内侧壁；

浮动单元30包括传感柱31和第二传动件32，传感柱31位于容纳腔101内，传感柱31在预设方向上与保持架21之间具有间隙，应力传感器10嵌设于传感柱31的靠近容纳腔101底壁的一侧，第二传动件32固定于传感柱31，第二传动件32与第一传动件22滑动配合。通过第一传动件22与第二传动件32之间的滑动配合，使得传感柱31可以沿着保持架21在预设方向有所浮动，从而能够使得应力传感器10可以有所浮动，以对预设方向的作用力进行检测，保持架21可以分摊其他方向的作用力，传感柱31可以在带动应力传感器10的同时，也保护应力传感器10免受其他方向震动的影响，保障应力传感器10的检测精度和使用寿命。

请结合图2，传感柱31的底部设有第一限位部311，传感柱31的顶部设有第二限位部312，保持架21的内壁向内凸设成内凸部211，内凸部211的顶部在预设方向上与第一限位部311之间具有间隙H，内凸部211的底部在预设方向上与第二限位部312之间具有间隙G。

通过第一限位部311、第二限位部312与内凸部211的配合，传感柱31在预设方向上可以有略微的活动间隙，既满足应力传感器10的检测需求，又可以通过略微的活动来降低震动的影响。其中，本实施例的浮动单元30包括弹性挡圈，弹性挡圈套设于传感柱31以形成第二限位部312。弹性挡圈可以方便实际生产时进行装配并形成第二限位部312。

当然，在将传感柱31装进容纳腔101后，还可以在传感柱31的顶部附近套设其他的能够环绕传感柱31的部件，以形成第二限位部312。可以选择的是，还可以在制作传感柱31时在传感柱31的顶部周围凸设一圈限位结构，以作为第二限位部312使用。在本实施例中，第一限位部311就是传感柱31底部的台阶结构，则第二限位部312也可以设计成类似结构。

在本实施例中，第一传动件22为滑块，第二传动件32为直线导轨。通过滑块与滑轨的配合，在滑动过程中能够有效隔离预设方向以外的作用力对应力传感器10的影响，只允许预设方向的作用力传递，方便应力传感器10检测。

请结合图3，本实施例的滑块的数量为三个，直线导轨的数量为三个，三个直线导轨在传感柱31的周向均匀分布。三个滑块和三个直线滑轨在传感柱31的周向均匀分布，可以有效隔离其他方向的作用力。

可以选择的是，第一传动件22也可以为直线导轨，第二传动件32也可以为滑块。其中，当第一传动件22为滑块时，可以选择将直线导轨与传感柱31一体成型，方便装配，而滑块则可以设计成与保持架21一体成型；同理，当第一传动件22为直线导轨时，可以选择将滑块与传感柱31一体成型，将直线导轨与保持架21一体成型。在本实施例中，第一传动件22与传感柱31是可拆卸连接，第二传动件32与保持架21是可拆卸连接，应力传感器10与传感柱31也是可拆卸连接，可拆卸连接的方式使得本申请可以在有部分导轨、滑块损坏时，及时对应更换，在应力传感器10有损坏时也可以进行单独更换，不需要对整个一维力控传感器100进行更换，降低长期使用的成本。

请结合图3，本实施例的保持架21具有透气孔212，容纳腔101通过透气孔212与外部空间连通。透气孔212可以避免环境温度变化导致容纳腔101与外部有气压差而影响应力传感器10的测量精度。此外，透气孔212还可以用于引出应力传感器10的线缆，便于与外部进行电连接。

在本实施例中，固定单元20包括第一连接件23，第一连接件23用于与外部驱动构件连接，浮动单元30包括第二连接件33，第二连接件33用于与外部受驱构件连接，第一连接件23设置于保持架21的在预设方向上的一端，第二连接件33位于保持架21的在预设方向上的另一端且将容纳腔101封挡，传感柱31固定于第二连接件33。通过使用第一连接件23和第二连接件33，可以方便与机械臂以及受驱动的部件连接。

详细的，本实施例所用的第一连接件23和第二连接件33均为连接法兰，连接法兰既便于与外部进行连接，也可以一起将容纳腔101进行封挡，减少外部的影响。需要说明的是，本实施例的容纳腔101的底壁由第一连接件23所用的连接法兰的顶面构成，可以理解的是，也可以将保持架21的底面设计成不贯通的结构，即具有底板结构，该底板结构可以作为容纳腔101的底壁。

请结合图2和图3，本申请的固定单元20还包括密封圈24，密封圈24设置于保持架21的外周壁，密封圈24用于密封第二连接件33与保持架21之间的间隙。密封圈24可以避免外部水、水蒸气、灰尘进入应力传感器10内部。可以理解的是，上文中的透气孔212主要是平衡容纳腔101的内外气压，可以布设只容许气体交流的密封件，并且不能容许水蒸气经过，比如可以设置干燥片来吸收水汽，以避免外部的水、水蒸气、灰尘从透气孔212进入到容纳腔101内。

基于上述一维力控传感器100，本申请的实施例提供了一种机械臂，包括：

机械臂本体；以及一维力控传感器100，一维力控传感器100设置于机械臂本体。其中，机械臂本体可以参考一般技术中常用的机械臂的结构。

机械臂通过使用该一维力控传感器100，能够精确获知被驱动件的受力，便于调整施力大小。可以选择的是，当一维力控传感器100所应用的对象不是机械臂时，可以将第一连接件23和/或第二连接件33替换成法兰以外的其他连接构件，以满足不同的外部驱动构件和外部受驱动构件之间的连接需求。

本实施例的原理是：

现有的力控传感器，所用的应变片采购单价高，超过5000元，并且对于震动剧烈的使用环境而言，实际使用只有一两个月寿命，使用成本过高，对于实际使用而言并不适合大批量普及使用。

有鉴于此，本申请提供了一种一维力控传感器100，批量制造的成本可以控制在1200以内，并且使用寿命长，远不止一两个月，便于推广应用，提高机械臂等需要精确监控单一方向受力的装置的使用寿命。在监测到单一方向受力过大时，即可减小施力或者停止工作，避免机械臂自身受损。当然，当机械臂的末端使用该一维力控传感器100，也可以辅助或者被驱动构件的受力情况，以便于调整机械臂的驱动力大小。

具体的，本申请使用了三根直线导轨配合三个滑块，可以将直线滑轨与滑块相互运动方向以外的其他方向的力隔离，使得其他方向的力不会传导到应力传感器10，实现了在单一方向的作用力监测，而由于没有其他方向的作用力的干涉，应力传感器10的监测结果可以得到保障，实时且准确地反馈出受力情况。在剧烈震动的工况下，在其他方向的分力以及震动力可以被转移到固定单元20上，应力传感器10只受单一方向的压力，大大提高了应力传感器10的使用寿命，并且工作过程中的稳定性好，不容易失效，对于不同的使用环境都有较好的适应能力，满足不同使用环境和工况下的单一方向受力情况的监测需求。

通过本申请的设计，能够在满足使用需求的同时，提高了使用寿命，较之现有技术而言，大大降低了单一受力情况监测的成本，并且由于承载能力更强，可以适用于更多的使用环境中。

综上所述，本申请的一维力控传感器100通过浮动单元30与固定单元20的配合，使得应力传感器10可以只受到预设方向的作用力，固定单元20可以将其他方向的作用力隔离，避免应力传感器10受损，并且保障了对于预设方向的作用力的监测精度，整体结构简单且成本更低，使用寿命更长，有效解决了现有问题。能够使得应用该一维力控传感器100的机械臂精确监测到单一方向的受力。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种一维力控传感器，其特征在于，包括：

固定单元，所述固定单元具有容纳腔；

浮动单元，所述浮动单元沿着预设方向可滑动地连接于所述容纳腔的内侧壁；以及

应力传感器，所述应力传感器固定于所述浮动单元且位于所述容纳腔内，所述应力传感器随着所述浮动单元在所述预设方向上运动能够与所述容纳腔的底壁接触或分离，所述应力传感器被配置为检测所述预设方向上的作用力。

2.根据权利要求1所述的一维力控传感器，其特征在于，所述固定单元包括保持架和第一传动件，所述容纳腔形成于所述保持架内，所述第一传动件固定于所述容纳腔的内侧壁；

所述浮动单元包括传感柱和第二传动件，所述传感柱位于所述容纳腔内，所述传感柱在所述预设方向上与所述保持架之间具有间隙，所述应力传感器嵌设于所述传感柱的靠近所述容纳腔底壁的一侧，所述第二传动件固定于所述传感柱，所述第二传动件与所述第一传动件滑动配合。

3.根据权利要求2所述的一维力控传感器，其特征在于，所述传感柱的底部设有第一限位部，所述传感柱的顶部设有第二限位部，所述保持架的内壁向内凸设成内凸部，所述内凸部的顶部在所述预设方向上与所述第一限位部之间具有间隙，所述内凸部的底部在所述预设方向上与所述第二限位部之间具有间隙。

4.根据权利要求3所述的一维力控传感器，其特征在于，所述浮动单元包括弹性挡圈，所述弹性挡圈套设于所述传感柱以形成所述第二限位部。

5.根据权利要求2所述的一维力控传感器，其特征在于，所述第一传动件为滑块，所述第二传动件为直线导轨。

6.根据权利要求5所述的一维力控传感器，其特征在于，所述滑块的数量为三个，所述直线导轨的数量为三个，三个所述直线导轨在所述传感柱的周向均匀分布。

7.根据权利要求2所述的一维力控传感器，其特征在于，所述保持架具有透气孔，所述容纳腔通过所述透气孔与外部空间连通。

8.根据权利要求2所述的一维力控传感器，其特征在于，所述固定单元包括第一连接件，所述第一连接件用于与外部驱动构件连接，所述浮动单元包括第二连接件，所述第二连接件用于与外部受驱构件连接，所述第一连接件设置于所述保持架的在所述预设方向上的一端，所述第二连接件位于所述保持架的在所述预设方向上的另一端且将所述容纳腔封挡，所述传感柱固定于所述第二连接件。

9.根据权利要求8所述的一维力控传感器，其特征在于，所述固定单元还包括密封圈，所述密封圈设置于所述保持架的外周壁，所述密封圈用于密封所述第二连接件与所述保持架之间的间隙。

10.一种机械臂，其特征在于，包括：

机械臂本体；以及

根据权利要求1-9任一项所述的一维力控传感器，所述一维力控传感器设置于所述机械臂本体。

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