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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft das technische Gebiet der Drehmomentsensoren, insbesondere eine Kraftarmstruktur für einen mehrdimensionalen Kraft- und Drehmomentsensor, und einen mehrdimensionalen Kraft- und Drehmomentsensor.
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HINTERGRUND
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Als Drehmomentdetektionsvorrichtung können Drehmomentsensoren in Robotergelenken, medizinischen Vorrichtungen, militärischer Ausrüstung und anderen Anwendungen zur Echtzeit-Detektion von Kraft und Drehmoment verwendet werden. Insbesondere mehrdimensionale Kraft- und Drehmoment-Verbundsensoren, die meist in Kraftsteuersystemen verschiedener Roboter (mechanische Arme) oder anderer Vorrichtungen oder Systeme, die Kraftwerte zu detektieren haben, verwendet werden, werden zum Messen von Kräften in drei Richtungen der X-, Y- und Z-Achse und von Drehmomenten um die X-, Y- und Z-Achse verwendet. Bei den gängigen Technologien ist es erforderlich, dass Dehnungsmessstreifen auf einer Mehrzahl von verschiedenen Flächen des Dehnungsbalkens gleichzeitig angeordnet sind und mittels eines organischen Klebers an den Dehnungsbalken gebondet werden, um somit die Messung von Kraftwerten oder Drehmomente verschiedener Dimensionen zu erreichen. Während des Pastings ist eine Mehrzahl von Prozessen erforderlich, die eine delikate Operation wie beispielsweise eine präzise Positionierung, Oberflächenbehandlung, Verdichtung und Klebertrocknung erfordern, und eine Automatisierung ist nur umständlich zu erreichen, was die Produktionseffizienz des mehrdimensionalen Kraft- und Drehmomentsensors stark reduziert.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Zu diesem Zweck ist es für das Problem, dass der traditionelle mehrdimensionale Kraft- und Drehmomentsensor eine niedrige Bearbeitungseffizienz aufweist, notwendig, eine Kraftarmstruktur für einen mehrdimensionalen Kraft- und Drehmomentsensor und einen mehrdimensionalen Kraft- und Drehmomentsensor bereitzustellen, die eine hohe Bearbeitungseffizienz aufweisen.
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Eine Kraftarmstruktur für einen mehrdimensionalen Kraft- und Drehmomentsensor umfasst einen Außenring, einem ringförmigen Innenring und zumindest zwei Dehnungsbalken.
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Der Innenring befindet sich im Inneren des Außenrings und ist koaxial zu dem Außenring bereitgestellt.
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Die zumindest zwei Dehnungsbalken sind gleichmäßig in einer Umfangsrichtung des Innenrings in einem Intervall angeordnet. Jeder Dehnungsbalken umfasst einen Primärbalken und einen Sekundärbalken, die miteinander gekreuzt sind. Die beiden Enden des Sekundärbalkens sind mit einer Innenwand des Außenrings verbunden, und die beiden Enden des Primärbalkens sind jeweils mit einem mittleren Abschnitt des Sekundärbalkens und einer Außenwand des Innenrings verbunden.
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Ein erster Dehnungsmessstreifen ist auf dem Primärbalken angeordnet; ein zweiter Dehnungsmessstreifen und ein dritter Dehnungsmessstreifen sind auf dem Sekundärbalken in einem Intervall angeordnet; und der erste Dehnungsmessstreifen und der zweite Dehnungsmessstreifen befinden sich jeweils an beiden Seiten des Primärbalkens.
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Der erste Dehnungsmessstreifen, der zweite Dehnungsmessstreifen und der dritte Dehnungsmessstreifen befinden sich auf einer selben Seite des Innenrings.
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Bei einigen der Ausführungsbeispiele befinden sich der erste Dehnungsmessstreifen, der zweite Dehnungsmessstreifen und der dritte Dehnungsmessstreifen in einer selben Ebene.
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Bei einigen der Ausführungsbeispiele bilden der Außenring, der Innenring, der Primärbalken und der Sekundärbalken eine einstückige Formstruktur.
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Der Außenring weist eine erste Oberfläche auf einer selben Seite wie der erste Dehnungsmessstreifen auf, der Innenring weist eine zweite Oberfläche auf derselben Seite wie der erste Dehnungsmessstreifen auf, eine mit dem ersten Dehnungsmessstreifen bereitgestellte Seitenfläche des Primärbalkens, eine mit dem zweiten Dehnungsmessstreifen bereitgestellte Seitenfläche des Sekundärbalkens, die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche sind bündig miteinander.
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Bei einigen der Ausführungsbeispiele ist jeder Primärbalken senkrecht zu dem mit demselben verbundenen, Sekundärbalken; und/oder ein Biegezwischenraum wird zwischen einer von dem Innenring abgewandten Seitenoberfläche des Sekundärbalkens und der Innenwand des Außenrings gebildet.
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Bei einigen der Ausführungsbeispiele weisen der Außenring und der Innenring beide eine plattenartige Struktur auf; und entlang einer Mittelachsenrichtung des Innenrings sind eine Größe des Primärbalkens und eine Größe des Sekundärbalkens kleiner als sowohl eine Größe des Außenrings als auch eine Größe des Innenrings.
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Bei einigen der Ausführungsbeispiele ist eine Oberfläche des Primärbalkens an einer von dem ersten Dehnungsmessstreifen abgewandten Seite eine erste Fläche und eine nach innen vertiefte erste Nut auf der ersten Fläche ist an einer Position angeordnet, an der die erste Fläche mit dem ersten Dehnungsmessstreifen ausgerichtet ist.
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Eine in Richtung des Außenrings gewandte Seitenoberfläche des Sekundärbalkens und eine von dem Außenring abgewandte Seitenoberfläche des Sekundärbalkens sind jeweils als eine zweite Fläche und eine dritte Fläche definiert; nach innen vertiefte zweite Nuten sind auf der zweiten Fläche an Positionen angeordnet, an denen die zweite Fläche jeweils mit dem zweiten Dehnungsmessstreifen und dem dritten Dehnungsmessstreifen ausgerichtet ist; und nach innen vertiefte dritte Nuten sind auf der dritten Fläche an Positionen angeordnet, an denen die dritte Fläche jeweils mit dem zweiten Dehnungsmessstreifen und dem dritten Dehnungsmessstreifen ausgerichtet ist.
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Bei einigen der Ausführungsbeispiele weist der Innenring eine kreisförmige, ringförmige, plattenartige Struktur auf, und eine Erstreckungsrichtung des Primärbalkens stimmt mit einer Durchmesserrichtung des Innenrings überein.
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Bei einigen der Ausführungsbeispiele sind der erste Dehnungsmessstreifen, der zweite Dehnungsmessstreifen und der dritte Dehnungsmessstreifen mit einem Steuerchip in dem mehrdimensionalen Kraft- und Drehmomentsensor durch einen Flip-Prozess elektrisch verbunden.
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Bei einigen der Ausführungsbeispiele ist der erste Dehnungsmessstreifen ein Nanofilm-Dehnungswiderstand, der auf dem Primärbalken durch eine Film-Sputter-Abscheidungstechnologie gebildet ist; und der zweite Dehnungsmessstreifen und der dritte Dehnungsmessstreifen sind beide Nanofilm-Dehnungswiderstände, die auf dem Sekundärbalken durch eine Film-Sputter-Abscheidungstechnologie gebildet sind; und/oder
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Die Dehnungsbalken sind aus martensitischem ausscheidungshärtendem Edelstahl hergestellt.
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Ein mehrdimensionaler Kraft- und Drehmomentsensor, umfassend die Kraftarmstruktur für einen mehrdimensionalen Kraft- und Drehmomentsensor, wie vorangehend beschrieben wurde.
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In Übereinstimmung mit der Kraftarmstruktur für den mehrdimensionalen Kraft- und Drehmomentsensor und dem mehrdimensionalen Kraft- und Drehmomentsensor oben kann, aufgrund der Tatsache, dass sich der erste Dehnungsmessstreifen, der zweite Dehnungsmessstreifen und der dritte Dehnungsmessstreifen, die für die jeweilige Messung von Kraftwerten oder Drehmomenten verschiedener Dimensionen verwendet werden, auf der gleichen Seite des Innenrings befinden, die Herstellung aller Dehnungsmessstreifen auf dem Dehnungsbalken in dem Bearbeitungsprozess des mehrdimensionalen Kraft- und Drehmomentsensors auf einmal abgeschlossen werden, was förderlich ist für die Verbesserung der Bearbeitungseffizienz des mehrdimensionalen Kraft- und Drehmomentsensors. Ferner sind der erste Dehnungsmessstreifen, der zweite Dehnungsmessstreifen und der dritte Dehnungsmessstreifen alle derart an Positionen mit großen Bearbeitungsräumen bereitgestellt, dass die Herstellung des Dehnungsmessstreifens einfacher und praktischer ist und die Bearbeitungseffizienz des mehrdimensionalen Kraft- und Drehmomentsensors weiter verbessert wird.
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Figurenliste
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- 1 ist ein Strukturdiagramm einer Kraftarmstruktur für einen mehrdimensionalen Kraft- und Drehmomentsensor in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
- 2 ist ein Strukturdiagramm einer Kraftarmstruktur für einen mehrdimensionalen Kraft- und Drehmomentsensor in einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
- 3 ist eine Rückansicht der in 1 gezeigten Kraftarmstruktur für einen mehrdimensionalen Kraft- und Drehmomentsensor;
- 4 ist ein Schnittansicht von A-A der in 3 gezeigten Kraftarmstruktur für einen mehrdimensionalen Kraft- und Drehmomentsensor;
- 5 ist eine Teilschnittansicht von B-B der in 3 gezeigten Kraftarmstruktur für einen mehrdimensionalen Kraft- und Drehmomentsensor;
- 6 ist ein Teilschnittansicht von C-C der in 3 gezeigten Kraftarmstruktur für einen mehrdimensionalen Kraft- teilweisen und Drehmomentsensor.
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In den Zeichnungen gilt: 100-Kraftarmstruktur für mehrdimensionalen Kraft- und Drehmomentsensor; 110-Außenring; 120-Innenring; 130-Dehnungsbalken; 131-Primärbalken; 1311-erste Fläche; 1312-erste Nut; 132-Sekundärbalken; 1321-zweite Fläche; 1322-dritte Fläche; 1323-zweite Nut; 1324-dritte Nut; 141-erster Dehnungsmessstreifen; 142-zweiter Dehnungsmessstreifen; 143-dritter Dehnungsmessstreifen; 150-Biegezwischenraum.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Um das Verständnis der vorliegenden Offenbarung zu erleichtern, wird die vorliegende Offenbarung im Folgenden unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen detaillierter beschrieben. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung sind in den beigefügten Zeichnungen gezeigt. Die vorliegende Offenbarung kann jedoch in vielen verschiedenen Formen verkörpert werden und ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Der Zweck der Bereitstellung dieser Ausführungsbeispiele ist vielmehr, ein tiefgreifendes Verständnis der vorliegenden Offenbarung bereitzustellen.
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Sofern nicht anderweitig definiert besitzen alle hier benutzten technischen und wissenschaftlichen Begriffe die gleichen Bedeutungen wie sie gewöhnlich von einem Fachmann auf dem Gebiet der vorliegenden Offenbarung verstanden werden. Die in der Beschreibung der vorliegenden Offenbarung verwendeten Begriffe sollen spezifische Ausführungsbeispiele beschreiben, anstatt die vorliegende Offenbarung einzuschränken. Der hier verwendete Begriff „und/oder“ umfasst irgendeine Kombination und alle Kombinationen von einem oder mehreren der zugehörigen, aufgeführten Elemente.
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Bei der Beschreibung einer Positionsbeziehung, sofern nicht anderweitig angegeben, gilt, wenn auf ein Element als „auf“ einem anderen Element Bezug genommen wird, es direkt auf einem anderen Element sein kann oder auch dazwischen liegende Elemente vorhanden sein können. Es versteht sich ferner, dass, wenn auf ein Element als „zwischen“ zwei Elementen Bezug genommen wird, es das einzige zwischen den beiden Elementen sein kann, oder auch ein oder mehrere dazwischen liegende Elemente vorhanden sein können.
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In einem Fall, in dem die hierin beschriebenen Begriffe „umfassen“, „haben“ und „aufweisen“ verwendet werden, kann auch eine andere Komponente hinzugefügt werden, es sei denn, es werden explizite Kennzeichner wie beispielsweise „nur“, „bestehend aus“ (consisting of) und Ähnliches verwendet. Sofern nicht anders angegeben, können Begriffe in der Singularform auch die Pluralform umfassen und sind nicht als eine Einzahl aufweisend zu verstehen.
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Zusätzlich sind die Zeichnungen nicht im Maßstab 1: 1 gezeichnet, und die relativen Dimensionen der Elemente sind in den Zeichnungen nur beispielhaft und nicht unbedingt maßstabsgetreu gezeichnet.
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Wie im Hintergrund beschrieben, ist es bei dem traditionellen mehrdimensionalen Kraft- und Drehmomentsensor zum Messen von Kraftwerten oder Drehmomenten verschiedener Dimensionen notwendig, die entsprechenden Dehnungsmessstreifen auf verschiedenen Oberflächen des Dehnungsbalkens herzustellen, und somit ist es erforderlich, dass die Dehnungsmessstreifen in dem Bearbeitungsprozess des mehrdimensionalen Kraft- und Drehmomentsensors mehrfach hergestellt werden. In Anbetracht des Dehnungsbalkens und der Kraftarmstruktur des Drehmomentsensors werden einige Dehnungsmessstreifen wahrscheinlich an engen Positionen angeordnet, was nicht nur die Herstellungsschwierigkeiten der Dehnungsmessstreifen erhöht, sondern auch die Herstellungsgeschwindigkeit der Dehnungsmessstreifen beeinträchtigt, was zu einer geringen Bearbeitungseffizienz des traditionellen mehrdimensionalen Kraft- und Drehmomentsensors führt.
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Basierend auf den oben genannten Gründen werden eine mehrdimensionale Kraft- und Drehmomentsensor-Momentarmstruktur und ein mehrdimensionaler Kraft- und Drehmomentsensor offenbart. Der mehrdimensionale Kraft- und Drehmomentsensor umfasst eine mehrdimensionale Kraft- und Drehmomentarmstruktur.
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1 und 2 stellen jeweils Strukturdiagramme einer Kraftarmstruktur für einen mehrdimensionalen Kraft- und Drehmomentsensor gemäß einem Ausführungsbeispiel I und einem Ausführungsbeispiel II der vorliegenden Offenbarung. Um die Beschreibung zu erleichtern, zeigen die Zeichnungen nur Strukturen, die sich auf die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung beziehen.
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Unter Bezugnahme auf 1 und 2 umfasst in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung die Kraftarmstruktur für einen mehrdimensionalen Kraft- und Drehmomentsensor 100 einen Außenring 110, einem ringförmigen Innenring 120 und zumindest zwei Dehnungsbalken 130.
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Der Innenring 120 befindet sich im Inneren des Außenrings 110 und ist koaxial zu dem Außenring 110 bereitgestellt. Insbesondere sind der Außenring 110 und der Innenring 120 konzentrisch bereitgestellt. Die Struktur des Außenrings 110 kann die gleiche sein wie diejenige, oder unterschiedlich zu derjenigen, des Innenrings 120, und die Struktur kann eine plattenartige oder zylindrische Struktur mit der gleichen Innenwandform und Außenwandform oder eine plattenartige oder zylindrische Struktur mit unterschiedlicher Innenwandform und Außenwandform sein.
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Zumindest zwei Dehnungsbalken 130 sind gleichmäßig in einer Umfangsrichtung des Innenrings 120 in einem Intervall bereitgestellt. Jeder Dehnungsbalken 130 umfasst einen Primärbalken 131 und einen Sekundärbalken 132, die miteinander gekreuzt sind. Eine Querschnittsform des Primärbalkens 131 senkrecht zu einer Längsrichtung und eine Querschnittsform des Sekundärbalkens 132 senkrecht zu der Längsrichtung können rechteckig, trapezförmig, eine unregelmäßige Form mit durch Krümmungen gebildeten Seitenlinien, eine T-Form, eine U-Form und Ähnliches sein.
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Die beiden Enden des Sekundärbalkens 132 sind mit der Innenwand des Außenrings 110 verbunden. Die beiden Enden des Primärbalkens 131 sind jeweils mit einem mittleren Abschnitt des Sekundärbalkens 132 und der Außenwand des Innenrings 120 verbunden. Daher ist der Außenring 110 über den Dehnungsbalken 130 fest mit dem Innenring 120 verbunden. Der Primärbalken 131, der Sekundärbalken 132, der Außenring 110 und der Innenring 120 können mittels Schweißen, Schrauben, Nieten und Ähnlichem fest verbunden sein oder können mittels Zerspanen (machining), Gießen und Ähnlichem einstückig geformt werden. Bei der tatsächlichen Anwendung des mehrdimensionalen Kraft- und Drehmomentsensors neigen, nachdem eine Rotationslast auf den Außenring 110 oder den Innenring 120 einwirkt, der Außenring 110 und der Innenring 120 dazu, relativ zueinander zu rotieren, um den Primärbalken 131 und den Sekundärbalken 132 anzutreiben, sich zu dehnen.
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Es ist zu beachten, dass in jedem Dehnungsbalken 130 der Primärbalken 131 und der Sekundärbalken 132 miteinander gekreuzt sind. Das heißt, der Primärbalken 131 und der Sekundärbalken 132 sind senkrecht zueinander, oder es gibt einen eingeschlossenen Winkel von weniger als 90 Grad zwischen dem Primärbalken 131 und dem Sekundärbalken 132.
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Insbesondere ist der Dehnungsbalken 130 aus martensitischem ausscheidungshärtendem Edelstahl (precipitation stainless steel) gefertigt, um die Ermüdungs- und Korrosionsbeständigkeit des Dehnungsbalkens 130 zu verbessern. Die Lebensdauer des Dehnungsbalkens 130 wird effektiv verlängert und damit wird die Lebensdauer des mehrdimensionalen Kraft- und Drehmomentsensors weiter verlängert.
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Jeder Primärbalken 131 ist mit einem ersten Dehnungsmessstreifen 141 bereitgestellt, und jeder Sekundärbalken 132 ist mit einem zweiten Dehnungsmessstreifen 142 und einem dritten Dehnungsmessstreifen 143 in einem Intervall bereitgestellt. In jedem Dehnungsbalken 130 befinden sich der erste Dehnungsmessstreifen 141 und der zweite Dehnungsmessstreifen 142 jeweils an beiden Seiten des Primärbalkens 131. Der erste Dehnungsmessstreifen 141 ist ausgebildet, eine erste Dehnungsinformation einer entsprechenden Position auf dem Primärbalken 131 zu detektieren, und der zweite Dehnungsmessstreifen 142 und der dritte Dehnungsmessstreifen 143 sind ausgebildet, jeweils eine zweite Dehnungsinformation und eine dritte Dehnungsinformation an entsprechenden Positionen des Sekundärbalkens 132 zu detektieren. In dem mehrdimensionalen Kraft- und Drehmomentsensor werden Drehmomentwerte oder Kraftwerte verschiedener Dimensionen eines zu detektierenden Teils durch die erste Dehnungsinformation, die zweite Dehnungsinformation und die dritte Dehnungsinformation erhalten. Beispielsweise werden durch die erste Dehnungsinformation, die zweite Dehnungsinformation und die dritte Dehnungsinformation die Kraftwerte auf der X-Achse, der Y-Achse und der Z-Achse jeweils erfasst, oder die Drehmomentwerte der X-Achse, der Y-Achse und der Z-Achse werden jeweils erfasst.
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Insbesondere ist jeder Primärbalken 131 senkrecht zu dem damit verbundenen Sekundärbalken 132, es ist gewährleistet, dass der erste Dehnungsmessstreifen 141, der zweite Dehnungsmessstreifen 142 und der dritte Dehnungsmessstreifen 143 gleichzeitig die Kraftwerte in jeweils einer X-Richtung, einer Y-Richtung und einer Z-Richtung , die senkrecht zueinander sind, messen können, oder gleichzeitig die Drehmomentwerte jeweils um die X-Achse, die Y-Achse und die Z-Achse messen können, wodurch die nachfolgende Messarbeit des mehrdimensionalen Kraft- und Drehmomentsensors erleichtert und die Messgenauigkeit verbessert werden.
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Insbesondere wird ein Biegezwischenraum 150 zwischen einer von dem Innenring 120 abgewandten Seitenoberfläche des Sekundärbalkens 132 und der Innenwand des Außenrings 110 gebildet. Durch die Anordnung des Biegezwischenraums 150 ist der Sekundärbalken 132 anfälliger für Dehnungsverformung, die Messung des nachfolgenden Drehmomentwerts oder der Torsion ist einfacher und empfindlicher, und die Messempfindlichkeit und die Messgenauigkeit des mehrdimensionalen Kraft- und Drehmomentsensors werden verbessert.
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Der erste Dehnungsmessstreifen 141, der zweite Dehnungsmessstreifen 142 und der dritte Dehnungsmessstreifen 143 befinden sich auf derselben Seite des Innenrings 120. Das heißt, der erste Dehnungsmessstreifen 141, der zweite Dehnungsmessstreifen 142 und der dritte Dehnungsmessstreifen 143 befinden sich derart auf der gleichen Seite des Dehnungsbalkens 130, dass der erste Dehnungsmessstreifen 141, der zweite Dehnungsmessstreifen 142 und der dritte Dehnungsmessstreifen 143 die gleiche Ausrichtung aufweisen. Insbesondere sind der erste Dehnungsmessstreifen 141, der zweite Dehnungsmessstreifen 142 und der dritte Dehnungsmessstreifen 143 senkrecht zu der Mittelachse des Innenrings 120.
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Bei dem mehrdimensionalen Kraft- und Drehmomentsensor kann, aufgrund der Tatsache, dass sich der erste Dehnungsmessstreifen 141, der zweite Dehnungsmessstreifen 142 und der dritte Dehnungsmessstreifen 143 zum Messen von Dehnungsinformation verschiedener Dimensionen auf der gleichen Seite des Dehnungsbalken 130 befinden, die Herstellung aller Dehnungsmessstreifen auf dem Dehnungsbalken auf einmal abgeschlossen werden. Verglichen mit der Situation bei der Bearbeitung des traditionellen mehrdimensionalen Kraft- und Drehmomentsensors, bei der es erforderlich ist, die Dehnungsmessstreifen mehrmals auf verschiedenen Oberflächen des Dehnungsbalkens 130 herzustellen, kann die Herstellungszeit der Dehnungsmessstreifen durch die oben beschriebene Art der Herstellung aller Dehnungsmessstreifen auf einmal stark verkürzt werden, und daher kann die Bearbeitungseffizienz des mehrdimensionalen Kraft- und Drehmomentsensors effektiv verbessert werden.
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Da sich der erste Dehnungsmessstreifen 141, der zweite Dehnungsmessstreifen 142 und der dritte Dehnungsmessstreifen 143 auf der gleichen Seite des Innenrings 120 befinden, sind die Räume um die Positionen, an denen der erste Dehnungsmessstreifen 141, der zweite Dehnungsmessstreifen 142 und der dritte Dehnungsmessstreifen 143 sich befinden, ferner relativ groß, und die Herstellung jedes Dehnungsmessstreifens auf dem Dehnungsbalken 130 ist einfacher und praktischer, und die Bearbeitungseffizienz des mehrdimensionalen Kraft- und Drehmomentsensors kann effektiv verbessert werden.
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Bei einigen der Ausführungsbeispiele befinden sich der erste Dehnungsmessstreifen 141, der zweite Dehnungsmessstreifen 142 und der dritte Dehnungsmessstreifen 143 in derselben Ebene. Daher ist eine mit dem ersten Dehnungsmessstreifen 141 bereitgestellte Seitenfläche des Primärbalkens 131 bündig mit einer mit dem zweiten Dehnungsmessstreifen 142 und dem dritten Dehnungsmessstreifen 143 bereitgestellten Seitenoberfläche des Sekundärbalkens 132. Die Herstellungsqualität aller Dehnungsmessstreifen kann in dem einmaligen Herstellungsprozess aller Dehnungsmessstreifen derart gewährleistet werden, dass der mehrdimensionale Kraft- und Drehmomentsensor sowohl eine hohe Bearbeitungsqualität als auch eine hohe Produktqualität aufweist.
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Ferner bilden in einigen der Ausführungsbeispiele der Außenring 110, der Innenring 120, der Primärbalken 131 und der Sekundärbalken 132 eine einstückige Formstruktur. Der Außenring 110 weist eine erste Oberfläche auf der gleichen Seite wie der erste Dehnungsmessstreifen 141 auf. Der Innenring 120 weist eine zweite Oberfläche auf der gleichen Seite wie der erste Dehnungsmessstreifen 141 auf. Eine mit dem ersten Dehnungsmessstreifen 141 bereitgestellte Seitenoberfläche des Primärbalken 131, eine mit dem zweiten Dehnungsmessstreifen 142 bereitgestellte Seitenoberfläche des Sekundärbalkens 132, die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche sind bündig miteinander.
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Der Außenring 110, der Innenring 120, der Primärbalken 131 und der Sekundärbalken 132 sind einstückig geformt, was nicht nur die Verbindung zwischen dem Primärbalken 131 und dem Sekundärbalken 132, die Verbindung zwischen dem Primärbalken 131 und dem Innenring 120 und die Verbindung zwischen dem Sekundärbalken 132 und dem Außenring 110 fester macht, sondern auch die Strukturstabilität der Kraftarmstruktur für den mehrdimensionalen Kraft- und Drehmomentsensor 100 verbessert, und somit weist der mehrdimensionale Kraft- und Drehmomentsensor eine längere Lebensdauer und eine höhere Einsatzzuverlässigkeit. Aufgrund der Tatsache, dass eine mit dem ersten Dehnungsmessstreifen 141 bereitgestellte Seitenoberfläche des Primärbalkens 131, eine mit dem zweiten Dehnungsmessstreifen 142 bereitgestellte Seitenoberfläche des Sekundärbalkens 132, die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche während der Bearbeitung bündig miteinander sind, kann ferner die Bearbeitung der Kraftarmstruktur für den mehrdimensionalen Kraft- und Drehmomentsensor 100 ebenfalls vereinfacht werden kann, während gewährleistet wird, dass sich der erste Dehnungsmessstreifen 141, der zweite Dehnungsmessstreifen 142 und der dritte Dehnungsmessstreifen 143 in der gleichen Ebene befinden, und es ist förderlich, die Bearbeitungseffizienz des mehrdimensionalen Kraft- und Drehmomentsensors weiter zu verbessern.
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Bezugnehmend auf 3 und 4, weisen bei einigen Ausführungsbeispielen der Außenring 100 und der Innenring 120 beide eine plattenartige Struktur auf. In einer Mittelachsenrichtung des Innenrings 120 sind die Größe des Primärbalkens 131 und die Größe des Sekundärbalkens 132 kleiner als sowohl die Größe des Außenrings 110 als auch die Größe des Innenrings 120. Daher ist die Dicke des Dehnungsbalkens 130 geringer als sowohl die Dicke des Außenrings 110 als auch die Dicke des Innenrings 120. Verglichen mit dem Außenring 110 und dem Innenring 120 sind der Primärbalken 131 und der Sekundärbalken 132 anfälliger für Dehnungserzeugung, was förderlich ist für ein Verbessern der Empfindlichkeit des mehrdimensionalen Kraft- und Drehmomentsensors.
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Bezugnehmend auf 3 bis 6 ist bei einigen der Ausführungsbeispiele die Oberfläche des Primärbalkens 131 an einer von dem ersten Dehnungsmessstreifen 141 abgewandten Seite eine erste Fläche 1311. Eine nach innen vertiefte erste Nut 1312 ist auf der ersten Fläche 1311 an einer Position angeordnet, an der die erste Fläche mit dem ersten Dehnungsmessstreifen 141 ausgerichtet ist. Die in Richtung des Außenrings 110 gewandte Seitenoberfläche des Sekundärbalkens 132 und die von dem Außenring 110 abgewandte Seitenoberfläche des Sekundärbalkens 132 sind jeweils als eine zweite Fläche 1321 und eine dritte Fläche 1322 definiert. Nach innen vertiefte zweite Nuten 1323 sind auf der zweiten Fläche 1321 an Positionen angeordnet, an denen die zweite Fläche 1321 jeweils mit dem Dehnungsmessstreifen 142 und dem dritten Dehnungsmessstreifen 143 ausgerichtet ist. Nach innen vertiefte dritte Nuten 1324 sind auf der dritten Fläche 1322 an Positionen angeordnet, an denen die dritte Fläche jeweils 1322 mit dem zweiten Dehnungsmessstreifen 142 und dem dritten Dehnungsmessstreifen 143 ausgerichtet ist. Insbesondere die zweiten Nuten 1323 und die dritten Nuten 1324 befinden sich beide auf der Oberfläche einer von dem zweiten Dehnungsmessstreifen 142 abgewandten Seite des Sekundärbalkens 132, wodurch die Bearbeitung des Sekundärbalkens 132 vereinfacht wird.
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Das Bereitstellen der ersten Nut 1312 kann die axiale Größe des Primärbalkens 131 an der Position, an der der erste Dehnungsmessstreifen 141 auf dem Primärbalken 131 bereitgestellt ist, reduzieren, während das Bereitstellen der zweiten Nuten 1323 und der dritten Nuten 1324 die Größe des Sekundärbalkens 132 an den Positionen, an denen der zweite Dehnungsmessstreifen 142 und der dritte Dehnungsmessstreifen 143 auf dem Sekundärbalken 132 bereitgestellt sind, in einer Richtung reduzieren kann, die von dem Außenring 110 zu dem Innenring 120 zeigt, dadurch wird gewährleistet, dass die Position auf dem Primärbalken 131, an der der erste Dehnungsmessstreifen 141 bereitgestellt ist, anfälliger für Dehnungserzeugung in einer ersten Richtung ist, die beiden Enden des Sekundärbalkens 132 einer Dehnung in einer zweiten Richtung und einer dritten Richtung senkrecht zu der ersten Richtung unterliegen und die Empfindlichkeit des mehrdimensionalen Kraft- und Drehmomentsensors verbessert wird.
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In den obigen Ausführungsbeispielen ist zu beachten, dass sich die axiale Größe des Primärbalkens 131 auf die Dicke des Primärbalkens 131 in einer Mittelachsenrichtung des Innenrings 120 bezieht, während sich die Größe des Sekundärbalkens 132 in einer Richtung, die von dem Außenring 110 zu dem Innenring 120 zeigt, auf die Größe des Sekundärbalkens 132 in einer Richtung senkrecht zu der Mittelachse des Innenrings 120 bezieht.
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Insbesondere sind die erste Nut 1312, die zweite Nut 1323 und die dritte Nut 1324 jeweils eine Rechtecknut oder eine Trapeznut. In Längsrichtung des Sekundärbalkens 132 werden die Dicke der Bodenwand der zweiten Nut 1323 und die Dicke der Bodenwand der dritten Nut 1324 beide entlang einer Richtung, die zu dem Primärbalken 131 zeigt, allmählich reduziert. In Längsrichtung des Primärbalkens wird die Dicke der Bodenwand der ersten Nut 1312 in einer Richtung, die zu dem Sekundärbalken 132 zeigt, allmählich reduziert. In Übereinstimmung mit einer solchen Anordnung ist der Primärbalken 131 anfälliger in einer ersten Richtung zu dehnen an einer Position, an der die erste Nut 1312 gebildet ist, der Sekundärbalken 132 ist anfälliger zu dehnen an den Positionen, an denen die zweite Nut 1323 und die dritte Nut 1324 gebildet sind, sodass der erste Dehnungsmessstreifen 141, der zweite Dehnungsmessstreifen 142 und der dritte Dehnungsmessstreifen 143 anfälliger für das Detektieren von Dehnungsinformation sind und die Messempfindlichkeit eines mehrdimensionalen Kraft- und Drehmomentsensors weiter verbessert ist.
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Bei einigen Ausführungsbeispielen weist der Innenring 120 eine kreisringförmige, plattenartige Struktur auf. Eine Erstreckungsrichtung des Primärbalkens 131 stimmt mit einer Durchmesserrichtung des Innenrings 120 überein. Daher erstreckt sich der Primärbalken 131 in der Durchmesserrichtung des Innenrings 120, um zu gewährleisten, dass der Primärbalken 131 rechtzeitig und genau Dehnung erzeugen kann, wenn sich der Außenring 110 und der Innenring 120 in relativer Rotation sind, wodurch die Messempfindlichkeit und die Messgenauigkeit des mehrdimensionalen Kraft- und Drehmomentsensors verbessert werden.
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Bei einigen der Ausführungsbeispiele sind der erste Dehnungsmessstreifen 141, der zweite Dehnungsmessstreifen 142 und der dritte Dehnungsmessstreifen 143 mit einem Steuerchip in dem mehrdimensionalen Kraft- und Drehmomentsensor durch einen Flip-Prozess alle elektrisch verbunden. Wobei sich der Flip-Prozess auf einen relativ ausgereiften Flip-Prozess in der Chip-Packaging-Industrie bezieht und durch die Annahme des Flip-Prozesses der erste Dehnungsmessstreifen 141, der zweite Dehnungsmessstreifen 142 und der dritte Dehnungsmessstreifen 143 elektrisch mit einem Steuerchip und Ähnlichem ohne Schweißen oder Anschließen einer großen Anzahl von Anschlussleitungen verbunden sein können, derart, dass der Betrieb einfacher ist, die Automatisierung einfacher zu implementieren ist, die Kosten reduziert werden und die Bearbeitungseffizienz des mehrdimensionalen Kraft- und Drehmomentsensors weiter verbessert werden kann.
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Bei einigen Ausführungsbeispielen ist der erste Dehnungsmessstreifen 141 ein Nanofilm-Dehnungswiderstand, der auf dem Primärbalken 131 durch eine Film-Sputter-Abscheidungstechnologie gebildet wird. Der zweite Dehnungsmessstreifen 142 und der dritte Dehnungsmessstreifen 143 sind beide Nanofilm-Dehnungswiderstände, die auf dem Sekundärbalken 132 durch eine Film-Sputter-Abscheidungstechnologie gebildet werden. Daher wird durch die Film-Sputter-Abscheidungstechnologie die Bindungskraft zwischen dem ersten Dehnungsmessstreifen 141 und dem Primärbalken 131 stark verbessert, und die Bindungskraft zwischen dem zweiten Dehnungsmessstreifen 142 sowie dem dritten Dehnungsmessstreifen und dem Sekundärbalken 132 wird ebenfalls erhöht, die Möglichkeit, dass sich die Dehnungsmessstreifen von dem Dehnungsbalken 130 lösen, wird reduziert, und die Lebensdauer des mehrdimensionalen Kraft- und Drehmomentsensors wird effektiv verlängert. Ferner kann die Verwendung der obigen Film-Sputter-Abscheidungstechnologie den mehrdimensionale Kraft- und Drehmomentsensor befähigen, die Vorteile eines niedrigen Temperaturkoeffizienten, kein Kriechen, eine geringe Verzögerung, eine bessere Gesamtpräzision und die Eignung für eine Arbeitsumgebung mit höherer Temperatur aufzuweisen.
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Die technischen Merkmale der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele können beliebig kombiniert werden, und alle möglichen Kombinationen der technischen Merkmale in den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen werden der Einfachheit halber nicht beschrieben. Solange sich die Kombinationen der technischen Merkmale jedoch nicht widersprechen, sollten die technischen Merkmale als innerhalb des Schutzbereichs der Beschreibung der vorliegenden Patentschrift liegend betrachtet werden.
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Die obigen Ausführungsbeispiele stellen nur einige Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung dar, und die Beschreibung derselben ist spezifisch und detailliert, sollte aber daher nicht als Einschränkung des Schutzbereichs der vorliegenden Offenbarung ausgelegt werden. Es wird darauf hingewiesen, dass für den Fachmann auf dem Gebiet mehrere Variationen und Modifikationen möglich sind, ohne von dem Konzept der vorliegenden Offenbarung abzuweichen, die alle in den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung fallen. Daher unterliegt der Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung den beigefügten Patentansprüchen.
