CN217901073U - 一种电容式六维力传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种电容式六维力传感器，该传感器包括：支撑外框；端盖，设置在支撑外框上，并且，端盖和支撑外框之间围设形成测量腔体；弹性体，其设置在支撑外框上，用于连接待测件，并在待测件输入作用力时进行弹性变形；测量极板，位于测量腔体内且设置在弹性件上，并且，测量极板用于在弹性体进行弹性变形时随弹性体相对于支撑外框运动，以使测量极板与支撑外框之间的间距发生变化，进而基于间距的变化感知待测件上输入的作用力。本实用新型该传感器实现微应变的非接触式电容测量，可以对力传感器的微应变进行精准感知，提高了传感器的精度和响应速度，解决了现有六维力传感器灵敏系数较低的问题。

Description

一种电容式六维力传感器

技术领域

本实用新型涉及传感器技术领域，具体而言，涉及一种电容式六维力传感器。

背景技术

六维力传感器能够同时测量空间力(Fx、Fy、Fz)和力矩(Mx、My、Mz)信号，在机器人、机械加工、自动化和人机交互等领域具有非常广泛的应用。传统六维力传感器大多采用电阻应变片作为感知结构。

然而，应变片的灵敏系数较低，产生的电信号通常仅为毫伏级，需要采用高倍率的放大电路，引入测量噪声，影响传感器的信噪比。此外，电阻应变片需要粘贴在传感器的特定位置上，工艺过程复杂，且测量一致性难以得到保证。

发明内容

鉴于此，本实用新型提出了一种电容式六维力传感器，旨在解决现有六维力传感器灵敏系数较低的问题。

本实用新型提出了一种电容式六维力传感器，该电容式六维力传感器包括：支撑外框；端盖，设置在所述支撑外框上，并且，所述端盖和所述支撑外框之间围设形成测量腔体；弹性体，其设置在所述支撑外框上，用于连接待测件，并在所述待测件输入作用力时进行弹性变形；测量极板，位于所述测量腔体内且设置在所述弹性件上，并且，所述测量极板用于在所述弹性体进行弹性变形时随所述弹性体相对于所述支撑外框运动，以使所述测量极板与所述支撑外框之间的间距发生变化，进而基于间距的变化感知所述待测件上输入的作用力。

进一步地，上述电容式六维力传感器，所述弹性体包括：若干个弧形弹片，各所述弧形弹片呈圆周分布且均与所述支撑外框相连接；中心块，设置在所述弧形弹片围设的圆周的内部，并且，所述中心块和各所述弧形弹片通过连接杆相连接，用于连接被测物和测量极板，并当所述被测物输入作用力时，在所述弧形弹片和所述连接杆的弹性变形作用下带动所述测量极板进行运动。

进一步地，上述电容式六维力传感器，所述中心块的顶部凸设至所述测量腔体的内部，以使所述测量极板和所述支撑外框底板之间具有间隙；所述中心块位于所述测量腔体的第一壁面上设有第一连接孔，用于连接所述测量极板；所述中心块与所述第一壁面相背的第二壁面上设有第二连接孔，用于连接被测物。

进一步地，上述电容式六维力传感器，所述弧形弹片与所述支撑外框之间设有弧形切口，所述连接杆与所述支撑外框之间具有间隙。

进一步地，上述电容式六维力传感器，所述支撑外框的底板上设有中心变形孔和切槽，形成至少三个沿所述支撑外框周向间隔设置的支撑板；各所述支撑板朝向所述测量腔体的壁面上均设有水平静极板，所述测量极板上与所述水平静极板相对的壁面上设有水平动极板，其与所述水平静极板一一对应，所述水平静极板和所述水平动极板之间具有间隙且构成横向电容，用于感知水平平面外的作用力。

进一步地，上述电容式六维力传感器，所述支撑外框的内壁上沿其周向设有至少三个间隔设置的凸块，所述凸块与所述支撑板之间沿所述支撑外框的周向错位设置，并且，所述凸块的测量侧壁沿所述支撑外框的径向设置，所述凸块的测量侧壁上设有竖直静极板；所述测量极板上沿其周向设有与所述凸块一一对应的凹槽，所述凹槽与所述凸块相适配，所述凹槽的测量内壁与所述凸块的测量侧壁相对设置，并且，所述凹槽的测量内壁设有与所述竖直静极板相对应的竖直动极板，所述竖直静极板和所述竖直动极板具有间隙且构成竖向电容，用于感知水平平面内的作用力。

进一步地，上述电容式六维力传感器，各所述凸块背向所述支撑板的壁面上设有第三连接孔，用于连接所述端盖；所述端盖上设有第四连接孔，其与所述第三连接孔相适配，用于实现所述端盖和所述支撑外框之间的连接。

进一步地，上述电容式六维力传感器，所述测量极板包括：中心连接部和若干个支撑部；其中，所述支撑部与所述支撑外框的支撑板一一对应，并且，各所述支撑部沿所述中心连接部的外周间隔设置，任意相邻两个所述支撑部之间均设有凹槽，所述支撑部用于对水平动极板和竖向动极板进行支撑。

进一步地，上述电容式六维力传感器，所述端盖上设有安装孔，用于进行所述端盖的安装固定。

进一步地，上述电容式六维力传感器，所述端盖上设有定位孔，用于进行定位。

本实用新型提供的电容式六维力传感器，通过支撑外框上设置的弹性体在待测件输入作用力时进行弹性变形，以带动测量极板进行运动，使感应电容的极板间距发生变化，最终导致电容值的变化，可利用电容测量芯片读取变化的电容值，通过标定建立电容值与外力之间的关系即可实现对外力的测量。该传感器实现微应变的非接触式电容测量，可以对力传感器的微应变进行精准感知，提高了传感器的精度和响应速度，即具有测量精度高、动态响应快等特点，解决了现有六维力传感器灵敏系数较低的问题；同时，该传感器还具有如下优点：

第一、动极板设置在测量极板上即位于同一块PCB电路上，同时利用测量极板的底面和侧面构造测量电容，简化了电极分布，便于加工和安装；

第二、有效利用了传感器的内部空间，提高了结构的紧凑性；

第三、测量极板即测量电路完全封装在传感器的内部，抗干扰能力强。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本实用新型实施例提供的电容式六维力传感器的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的支撑外框和弹性体之间的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的支撑外框和弹性体之间的又一方向的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的支撑外框和弹性体之间的仰视图；

图5为本实用新型实施例提供的支撑外框和弹性体之间的俯视图；

图6为本实用新型实施例提供的测量极板的仰视图；

图7为本实用新型实施例提供的端盖的俯视图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

参见图1，其为本实用新型实施例提供的电容式六维力传感器的结构示意图。如图所示，该电容式六维力传感器包括：支撑外框1、弹性体2、测量极板3和端盖4；其中，

端盖4设置在支撑外框1上，并且，端盖4和所述支撑外框1之间围设形成测量腔体。具体地，支撑外框1起到支撑作用，其可以为内部中空且一端开口的圆柱壳体结构，即无顶板，端盖4可设置在支撑外框1的顶部作为支撑外框1的可拆卸顶板结构，以便对支撑外框1中空部分进行密封，使得支撑外框1中空部分作为测量腔体，使得测量极板3可在测量腔体内进行运动。其中，端盖4的设置可对于该传感器内部电路进行保护和屏蔽。其中，支撑外框1可以为金属材质例如铝合金、不锈钢等。

弹性体2设置在支撑外框1上，用于连接待测件(图中未示出)，并在待测件输入作用力时进行弹性变形。具体地，弹性体2与支撑外框1相连接，两者可以为一体结构，可通过两者之间的切口使得弹性体2可相对于支撑外框1进行微小的弹性变形，亦可通过其他连接方式连接，本实施例中对其不做任何限定。该弹性体2可连接待测件，以便在待测件输入作用力时，弹性体2在待测件的作用下随之进行弹性变形。

测量极板3位于测量腔体内且设置在弹性件2上，并且，测量极板3用于在弹性体2进行弹性变形时随弹性体2相对于支撑外框1运动，以使测量极板3与支撑外框1之间的间距发生变化，进而基于间距的变化感知待测件上输入的作用力。具体地，测量极板3和支撑外框1之间形成电容器(图中未示出)，作为测量层，电容器的极板间距随测量极板3的运动进行同步变化，使得电容器的电容值随之变化，进而基于电容器电容值的变化感知极板间距的变化，从而获取待测件上输入的作用力，例如可利用电容测量芯片读取变化的电容值，通过标定建立电容值与外力之间的关系即可实现对外力的测量。其中，测量极板3可以呈圆板结构，以在支撑外框1的内部进行轴向和周向的运动；该测量极板3可以为PCB电路板，极板表面覆铜可形成电极，即覆铜层作为动极板。

在本实施例中，电容器包括：至少三个竖向电容和至少三个横向电容；其中，各竖向电容均沿测量极板3的轴向设置，并且，各竖向电容之间沿测量极板3的周向间隔设置；各横向电容均沿测量极板3的横截面设置，并且，各横向电容之间沿测量极板3的周向间隔设置。在本实施例中，竖向电容和横向电容均可沿测量极板3的周向均匀布置，以确保测量的准确性。本实施例中以三个竖向电容和三个横向电容为例进行说明，在其他实施例中，亦可为其他数量。

参见图2至图5，其示出了本实用新型实施例提供的支撑外框和弹性体之间的优选结构。如图3至图4所示，支撑外框1的底板11上设有中心变形孔111和切槽112，形成至少三个沿支撑外框1周向间隔设置的支撑板12；各支撑板12朝向测量腔体的壁面(如图2所示的上壁面)上均可设有水平静极板(图中未示出)；如图6所示，测量极板3上与水平静极板相对的壁面(如图1所示的底壁)上设有水平动极板31，其与水平静极板一一对应，水平静极板和水平动极板31之间具有间隙且构成横向电容，用于感知水平平面外的作用力，即Fz、Mx、My。具体地，本实施例中以三个支撑板12为例进行说明，三个支撑板12之间的中心变形孔111和切槽112的设置可便于弹性体2进行变形和运动，避免支撑板12干涉弹性体2的弹性变形；同时，支撑板12与支撑外框1之间为一体结构，其为固定端，可确保水平静极板为固定不动侧。其中，中心变形孔111可以为三角形结构，切槽112可以为方形槽且自中心变形孔111边角处沿支撑外框1的径向向外延伸，两者均贯穿底板11；三个支撑板12均为金属件。测量极板3可设置在支撑板12的上方，并且，两者之间具有间隙，不仅可使得测量极板3底壁上的覆铜层和支撑板12之间具有间隙，分别作为水平静极板和水平动极板31形成横向电容，还可确保测量极板3具有沿轴向运动的冗余空间，进而使得相对应的水平静极板和水平动极板之间的极板间距随着测量极板3的运动发生变化。

例如，支撑外框1的底端设有三个支撑板12，分别为第一支撑板1201、第二支撑板1202、第三支撑板1203，第一支撑板1201、第二支撑板1202、第三支撑板1203的上壁面均可作为水平静极板，分别为第一水平静极板、第二水平静极板和第三水平静极板；测量极板3的底壁上设有三个与第一水平静极板、第二水平静极板和第三水平静极板一一对应设置的三个水平动极板31，分别为第一水平动极板3101、第二水平动极板3102和第三水平动极板3103，组合形成三个横向电容，分别为第一横向电容、第二横向电容和第三横向电容。

如图2和图5所示，支撑外框1的内壁上沿其周向设有至少三个间隔设置的凸块13，凸块13与支撑板11之间沿支撑外框1的周向错位设置，并且，凸块13的测量侧壁131沿支撑外框1的径向设置，凸块13的测量侧壁131上设有竖直静极板(图中未示出)；测量极板3上沿其周向设有与凸块13一一对应的凹槽32，凹槽32与凸块13相适配，凹槽32的测量内壁321与凸块13的测量侧壁131相对设置，并且，凹槽32的测量内壁321设有与竖直静极板相对应的竖直动极板(图中未示出)，竖直静极板和竖直动极板具有间隙且构成竖向电容，用于感知水平平面内的作用力，即Fx、Fy、Mz。具体地，凸块13可以与支撑板12之间一一对应，本实施例中以三个凸块13为例进行说明，其分别设置在相邻两个支撑板12之间的位置，即凸块13与支撑板12之间错位设置，可分别作为竖直静极板和水平静极板，确保竖直静极板和水平静极板为固定不动侧。其中，该凸块13可以为方形块结构，其测量侧壁131沿支撑外框1的径向设置，作为竖直静极板。为便于实现支撑外框1与端盖4之间的连接，优选地，各凸块13背向支撑板11的壁面(如图2所示的上壁面)上设有第三连接孔132，用于连接端盖4。测量极板3沿其周向设有与凸块13一一对应的凹槽32，凸块13设置在凹槽32内，并且，凸块13与凹槽32之间间隔设置，以使凹槽32侧壁上的覆铜层与凸块13的侧壁分别作为竖向动极板和竖向静极板，两者之间具有间隙，确保测量极板3具有沿周向运动的冗余空间，进而使得相对应的竖向静极板和竖向动极板之间的极板间距随着测量极板3的运动发生变化。为了提高传感器的灵敏度，同时充分利用支撑外框1的内部空间，竖直极板可采用差分电极布置。

例如，支撑外框1在支撑板1去的上方设有三个凸块13，分别为第一凸块1301、第二凸块1302和第三凸块1303，其测量侧壁131可作为竖向静极板，可分别为第一竖向静极板、第二竖向静极板和第三竖向静极板；测量极板3沿其周向上设有三个与第一凸块1301、第二凸块1302和第三凸块1303一一对应设置的三个凹槽32，分别为第一凹槽3201、第二凹槽3202和第三凹槽3203，其测量内壁321上均覆铜可作为竖向动极板，分别为第一竖向动极板、第二竖向动极板和第三竖向动极板，组合形成三个竖向电容，分别为第一竖向电容、第二竖向电容和第三竖向电容。

在本实施例中，极板和电容之间的对应关系可详见表1。

表1电容编号和极板之间的对应关系

电容编号	静极板	动极板
			第一横向电容C1	第一水平静极板	第一水平动极板3101、
第二横向电容C2	第二水平静极板	第二水平动极板3102
			第三横向电容C3	第三水平静极板	第三水平动极板3103
第一竖向电容C4	第一竖直静极板	第一竖直动极板
			第二竖向电容C5	第二竖直静极板	第二竖直动极板
第三竖向电容C6	第三竖直静极板	第三竖直动极板

继续参见图3，弹性体2包括：若干个弧形弹片21、中心块22和连接杆23；其中，各弧形弹片21呈圆周分布且均与支撑外框1相连接；中心块22设置在弧形弹片21围设的圆周的内部，并且，中心块22和各弧形弹片21分别通过连接杆23相连接，用于连接被测物和测量极板3，并当被测物输入作用力时，在弧形弹片21和连接杆23的弹性变形作用下随两者进行运动，进而带动测量极板3进行运动。

具体地，弧形弹片21可以与支撑外框1为一体结构，亦可通过其他连接方式相连接，本实施例中对其不做任何限定；在本实施例中，如图3所示，弧形弹片21可以与支撑外框1为一体结构，并且，弧形弹片21沿支撑外框1的周向设置即均与支撑外框1同轴设置，可作为支撑外框1的外周侧壁的一部分，两者之间设有弧形切口24，其中，弧形弹片21与支撑外框1之间设有两个弧形切口24，也就是，支撑外框1的侧壁底端部分分别与侧壁、底板之间设有弧形切口24，使得该部分的两端连接在支撑外框1上，形成弧形弹性结构即弧形弹片21，进而使得弧形弹片21可在外力作用下进行弹性变形。

如图4所示，多个弧形弹片21在同一圆周上，中心块22设置在弧形弹片21围设的圆周的内部，其可活动的穿设于中心变形孔111，以便在中心变形孔111处进行弹性变形；中心块22和各弧形弹片21分布通过连接杆23相连接，连接杆23可活动地设置在切槽112处，以便在该处进行弹性变形，中心块22用于连接被测物和测量极板3，并当被测物输入作用力时，在弧形弹片21和连接杆23的弹性变形作用下随两者进行运动，进而带动测量极板3进行运动。在本实施例中，弧形弹片21、中心块22、连接杆23与支撑外框1之间均具有间隙，以便三者具有弹性变形和运动的冗余空间。其中，连接杆23可位于凸块13或支撑板12的正下方，在本实施例中，如图5所示，连接杆23位于支撑板12的正下方，并且，两者之间具有间隙，以便连接块23具有轴向的运动冗余空间。其中，连接杆23与弧形弹片21之间可呈T型分布。

继续参见图2和图3，中心块22的顶部凸设至测量腔体的内部，以使测量极板和支撑外框底板之间具有间隙。具体地，中心块22的厚度高于支撑板12、连接杆23的厚度，并且，中心块22的顶部凸设在中心变形孔111上部并延伸至测量腔体内，以便连接和支撑测量极板3，使得测量极板3与支撑板12之间具有间隙可进行轴向运动。

继续参见图2和图5，中心块22位于测量腔体的顶壁上设有第一连接孔221，用于连接测量极板3，使得两者可同步运动。具体地，第一连接孔221可以为螺纹孔，以通过螺栓等螺纹杆实现中心块22与测量极板3之间的连接。在本实施例中，第一连接孔221可以为三个且不在同一直线上，以确保中心块22与测量极板3之间的连接稳固性。当然，第一连接孔221亦可为其他数量，本实施例中对其不做任何限定。

继续参见图3和图4，中心块22与第一壁面相背的第二壁面上设有第二连接孔222，用于连接被测物，以使中心块22可随被测物在施加作用力时进行同步运动，进而带动测量极板3随之进行同步运动。具体地，第二连接孔222可以为三个且不在同一直线上，以确保中心块22与被测物之间的连接稳固性；当然，第二连接孔222亦可为其他数量，本实施例中对其不做任何限定。

继续参见图7，测量极板3包括：中心连接部33和若干个支撑部34；其中，各支撑部34与支撑板12一一对应，并且，各支撑部34沿中心连接部33的外周间隔设置，任意相邻两个支撑部34之间设有凹槽32，支撑部34用于对水平动极板和竖向动极板进行支撑，中心连接部33用于连接弹性体2，以在弹性体2的作用下进行运动，进而使得对应电容值进行变化。具体地，中心连接部33与中心块21相适配，其设置在中心块21上，并且，中心连接部33上可设有贯穿连接孔331，用于通过穿设于贯穿连接孔331的螺栓实现中心连接部33与中心块21之间的连接；其中，贯穿连接孔331与第一连接孔221一一对应。支撑部34与支撑板12相适配，两者之间具有间隙，并且，两者之间相对的壁面上分别设有水平动极板和水平静极板，以便支撑部34在中心块21的作用下带动水平动极板进行运动，以使水平动极板和水平静极板间距变大或变小，使得电容值随之变化；由于电容值的变化对极板间距变化的敏感度远远大于面积变化的敏感度，故在本实施例中可忽略面积变化带来的电容值变化。凹槽32的设置使得支撑部34的侧壁作为凹槽的测量内壁321，其与凸块13的测量侧壁131之间具有间隙，并且，凹槽的测量内壁321、凸块13的测量侧壁131之间相对的壁面上分别设有竖向动极板和竖向静极板，以便支撑部34在中心块21的作用下带动竖向动极板进行运动，以使竖向动极板和竖向静极板间距变大或变小，使得电容值随之变化。

参见图7，其为本实用新型实施例提供的端盖的俯视图。如图所示，端盖4上设有第四连接孔41，其与第三连接孔132相适配，用于实现端盖4和支撑外框1之间的连接。具体地，第四连接孔41与第三连接孔132一一对应，且相适配，以通过连接件实现端盖4与支撑外框1之间的连接；在本实施例中，端盖4可固定安装在凸块12上，当然亦可连接在其他位置，本实施例中对其不做任何限定。其中，第四连接孔41为三个，且沿端盖4的周向均匀分布。

继续参见图7，端盖4上设有安装孔42，用于进行端盖4的安装固定。具体地，安装孔42可以为螺纹孔，可实现端盖4的安装固定，进而实现该传感器的安装固定，可确保支撑外框1的固定稳固性。其中，安装孔42可以为一个或多个，本实施例中以三个为例进行说明，当然亦可为其他数量，本实施例中对其不做任何限定。

继续参见图7，端盖4上设有定位孔43，用于进行定位，以获取各电容的位置，尤其是可实现X轴和Y轴的定位。具体地，定位孔43可以为销孔，可以为三个且可设有标识，以便实现各个电容位置的定位。

在本实施例中，端盖4与支撑外框1之间可填充有灌封胶(图中未示出)，以提高六维力传感器的抗干扰性能。

在本实施例中，对应静极板和动极板之间的间隙可在0.1mm以下，以确保初始电容值和电容变化值较大，提高传感器灵敏度的同时降低测量噪声的影响；同时，对应静极板和动极板之间的最小间隙应保证外载荷作用后，测量极板3与支撑外框1之间不会发生干涉，避免造成短路风险。

该传感器的工作原理：测量极板3上的贯穿连接孔331与中心块22配合连接，外力作用后产生的弹性变形可以带动测量极板3发生微小偏移，从而改变电容值，通过电容测量芯片对载荷作用前后的电容数据进行读取，从而确定传感器所受到的外力；当有x轴正方向外力Fx作用时，连接杆23和弧形簧片21发生变形，中心块22整体向x正方向产生微小移动(位移量通常为微米级)，此时第一横向电容C1、第二横向电容C2和第三横向电动C3的电容值基本不变，第一竖向电容C4的容值变大、第二竖向电容C5的容值减小、第三竖向电容C6的容值也变大；当存在x轴负方向的外力作用时，各个电容的容值变化正好相反；其他方向外力作用(各外力均为在此方向上的正向作用力)下各个电容的电容值的变化趋势如表2所示。

表2电容值变化趋势

其中，向上的箭头表示变大，向下的箭头表示变小。另外，当待测件上输入任意力即施加任意力时，可分解为FX、FY、FZ、MX、MY、MZ六个方向的作用力。

综上，本实施例提供的电容式六维力传感器，通过支撑外框1上设置的弹性体2在待测件输入作用力时进行弹性变形，以带动测量极板3进行运动，使感应电容的极板间距发生变化，最终导致电容值的变化，可利用电容测量芯片读取变化的电容值，通过标定建立电容值与外力之间的关系即可实现对外力的测量。该传感器实现微应变的非接触式电容测量，可以对力传感器的微应变进行精准感知，提高了传感器的精度和响应速度，即具有测量精度高、动态响应快等特点，解决了现有六维力传感器灵敏系数较低的问题；同时，该传感器还具有如下优点：

第一、动极板设置在测量极板上即位于同一块PCB电路上，同时利用测量极板的底面和侧面构造测量电容，简化了电极分布，便于加工和安装；

第二、有效利用了传感器的内部空间，提高了结构的紧凑性；

第三、测量极板即测量电路完全封装在传感器的内部，抗干扰能力强。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述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发明的限制。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“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。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种电容式六维力传感器，其特征在于，包括：

支撑外框；

端盖，设置在所述支撑外框上，并且，所述端盖和所述支撑外框之间围设形成测量腔体；

弹性体，其设置在所述支撑外框上，用于连接待测件，并在所述待测件输入作用力时进行弹性变形；

测量极板，位于所述测量腔体内且设置在所述弹性体上，并且，所述测量极板用于在所述弹性体进行弹性变形时随所述弹性体相对于所述支撑外框运动，以使所述测量极板与所述支撑外框之间的间距发生变化，进而基于间距的变化感知所述待测件上输入的作用力。

2.根据权利要求1所述的电容式六维力传感器，其特征在于，所述弹性体包括：

若干个弧形弹片，各所述弧形弹片呈圆周分布且均与所述支撑外框相连接；

中心块，设置在所述弧形弹片围设的圆周的内部，并且，所述中心块和各所述弧形弹片通过连接杆相连接，用于连接被测物和测量极板，并当所述被测物输入作用力时，在所述弧形弹片和所述连接杆的弹性变形作用下带动所述测量极板进行运动。

3.根据权利要求2所述的电容式六维力传感器，其特征在于，

所述中心块的顶部凸设至所述测量腔体的内部，以使所述测量极板和所述支撑外框底板之间具有间隙；

所述中心块位于所述测量腔体的第一壁面上设有第一连接孔，用于连接所述测量极板；

所述中心块与所述第一壁面相背的第二壁面上设有第二连接孔，用于连接被测物。

4.根据权利要求2所述的电容式六维力传感器，其特征在于，

所述弧形弹片与所述支撑外框之间设有弧形切口，所述连接杆与所述支撑外框之间具有间隙。

5.根据权利要求1至4任一项所述的电容式六维力传感器，其特征在于，

所述支撑外框的底板上设有中心变形孔和切槽，形成至少三个沿所述支撑外框周向间隔设置的支撑板；

各所述支撑板朝向所述测量腔体的壁面上均设有水平静极板，所述测量极板上与所述水平静极板相对的壁面上设有水平动极板，其与所述水平静极板一一对应，所述水平静极板和所述水平动极板之间具有间隙且构成横向电容，用于感知水平平面外的作用力。

6.根据权利要求5所述的电容式六维力传感器，其特征在于，

所述支撑外框的内壁上沿其周向设有至少三个间隔设置的凸块，所述凸块与所述支撑板之间沿所述支撑外框的周向错位设置，并且，所述凸块的测量侧壁沿所述支撑外框的径向设置，所述凸块的测量侧壁上设有竖直静极板；

所述测量极板上沿其周向设有与所述凸块一一对应的凹槽，所述凹槽与所述凸块相适配，所述凹槽的测量内壁与所述凸块的测量侧壁相对设置，并且，所述凹槽的测量内壁设有与所述竖直静极板相对应的竖直动极板，所述竖直静极板和所述竖直动极板具有间隙且构成竖向电容，用于感知水平平面内的作用力。

7.根据权利要求6所述的电容式六维力传感器，其特征在于，

各所述凸块背向所述支撑板的壁面上设有第三连接孔，用于连接所述端盖；

所述端盖上设有第四连接孔，其与所述第三连接孔相适配，用于实现所述端盖和所述支撑外框之间的连接。

8.根据权利要求1至4任一项所述的电容式六维力传感器，其特征在于，所述测量极板包括：中心连接部和若干个支撑部；其中，

所述支撑部与所述支撑外框的支撑板一一对应，并且，各所述支撑部沿所述中心连接部的外周间隔设置，任意相邻两个所述支撑部之间均设有凹槽，所述支撑部用于对水平动极板和竖向动极板进行支撑。

9.根据权利要求1至4任一项所述的电容式六维力传感器，其特征在于，

所述端盖上设有安装孔，用于进行所述端盖的安装固定。

10.根据权利要求1至4任一项所述的电容式六维力传感器，其特征在于，

所述端盖上设有定位孔，用于进行定位。

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