一種小型六維力和力矩傳感器制造技術

本發(fā)明專利技術公開了一種小型六維力和力矩傳感器，包括筒形外殼、設置在所述筒形外殼內壁的基座、連接所述基座的8根尺寸和結構相同的第一彈性梁、設置在所述筒形外殼中心的中心凸臺、連接所述中心凸臺與所述第一彈性梁的4根尺寸和結構相同的第二彈性梁，4根所述第二彈性梁呈十字形設置，8根所述第一彈性梁上和4根所述第二彈性梁上分別貼設有多個應變片，各自組成全橋式電路。本發(fā)明專利技術結構簡單、體積小巧，能夠實現(xiàn)六個方向結構自解耦，適合目前工業(yè)系統(tǒng)的配套使用；且所述筒形外殼、所述基座、所述中心凸臺、所述第一彈性梁和所述第二彈性梁為整體式構件，無需裝配，具有強度高，剛度大，固有頻率高，線性度、重復性和遲滯均理想的優(yōu)點。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術涉及自動化
，尤其涉及一種小型六維力和力矩傳感器。
技術介紹
多維力和力矩傳感器指的是一種能夠同時測量兩個方向以上力或力矩分量的力傳感器，在笛卡爾坐標系中力和力矩可以各自分解為三個分量，因此，多維力最完整的形式是六維力和力矩傳感器，即能夠同時測量三個力分量和三個力矩分量的傳感器。多維力和力矩傳感器廣泛應用于機器人、工業(yè)自動化、軍工等領域中。金屬箔貼片式六維力和力矩傳感器由于技術成熟，相比壓電式和半導體式傳感器穩(wěn)定性能好，對工作環(huán)境要求不高等特點而被廣泛應用。但是在現(xiàn)有技術的金屬箔貼片式六維傳感器存在很多缺陷：現(xiàn)有的多維力和力矩傳感器的雖然彈性體尺寸小，減小體積，但是其上貼設的應變片的數(shù)量也較少，某一方向或某幾個方向的力或力矩需要通過其他方向的輸出和結構的尺寸進行推算，這會使系統(tǒng)誤差增大；現(xiàn)有的六維力和力矩RSS傳感器的彈性體是通過球鉸鏈將各個彈性梁連接起來，能夠達到自解耦，精度高等設計要求的，但是其彈性體本身對裝配工藝的要求高，其裝配的精度也影響著彈性體的精度和解耦，另外，該類傳感器的固有頻率也不會很高；現(xiàn)有的無耦合六維力和力矩傳感器大多需要通過裝配實現(xiàn)解耦，對裝配工藝有較高的要求。
技術實現(xiàn)思路
有鑒于此，本專利技術提供一種小型六維力和力矩傳感器，能夠實現(xiàn)六個方向結構自解耦，并且具有強度高、剛度大、固有頻率高、能夠進行動態(tài)測試、精度高、結構尺寸小的特點。本專利技術通過以下技術手段解決上述問題：本專利技術的小型六維力和力矩傳感器，其特征在于：包括筒形外殼、設置在所述筒形外殼內壁的基座、連接所述基座的8根尺寸和結構相同的第一彈性梁、設置在所述筒形外殼中心的中心凸臺、連接所述中心凸臺與所述第一彈性梁的4根尺寸和結構相同的第二彈性梁，4根所述第二彈性梁呈十字形設置，8根所述第一彈性梁上和4根所述第二彈性梁上分別貼設有多個應變片，各自組成全橋式電路。進一步，所述中心凸臺為圓形，圓形的所述中心凸臺的中間設有用于連接固定的M2.5的第一螺紋孔和Φ1.5的銷孔。進一步，所述第一螺紋孔有4個，所述銷孔有2個，4個所述第一螺紋孔呈矩形分布在所述中心凸臺上，2個所述銷孔分別設置在呈矩形分布的4個所述第一螺紋孔的兩側。進一步，所述第二彈性梁的頂部高于所述第一彈性梁的頂部，所述的第二彈性梁底部低于所述第一彈性梁的底部。進一步，每個所述第二彈性梁分別和與其連接的兩個所述第一彈性梁垂直設置。進一步，所述第一彈性梁的上表面和下表面為用于貼設所述應變片的第一貼片區(qū)。進一步，所述第二彈性梁的中心沿所述第二彈性梁的高度方向開設有貫通的槽體，所述槽體用于增大所述第二貼片區(qū)的應變。進一步，所述第二彈性梁連接所述第一彈性梁的一端為第二協(xié)調區(qū)，所述槽體所在區(qū)域的第二梁體外側面為用于貼設所述應變片的第二貼片區(qū)，所述第二協(xié)調區(qū)用于增大所述第一貼片區(qū)的應變和所述第二彈性梁的強度。本專利技術的小型六維力和力矩傳感器，當所述中心凸臺作用力和力矩時，所述基座和所述中心凸臺是剛性的，不發(fā)生變形，8根所述第一彈性梁和4根所述第二彈性梁均會產(chǎn)生拉壓變形或者彎曲變形，從而引起各全橋式電路輸出的電壓信號發(fā)生變化，通過對這些信號的分析處理，方便地得出各方向受到的作用力或力矩。因此，本專利技術結構簡單、體積小巧，能夠實現(xiàn)六個方向結構自解耦，適合目前工業(yè)系統(tǒng)的配套使用；且所述筒形外殼、所述基座、所述中心凸臺、所述第一彈性梁和所述第二彈性梁為整體式構件，無需裝配，具有強度高，剛度大，固有頻率高，線性度、重復性和遲滯均理想的優(yōu)點。此外，通過改變所述第一彈性梁和所述第二彈性梁的尺寸可以任意改變傳感器的量程。附圖說明圖1為本專利技術的小型六維力和力矩傳感器貼設應變片前的結構示意圖；圖2為本專利技術的小型六維力和力矩傳感器貼設應變片后的結構示意圖；圖3為本專利技術的小型六維力和力矩傳感器的應變片的分布示意圖。如圖1，筒形外殼-1、基座-2、中心凸臺-3、第一螺紋孔-31、銷孔-32、第一彈性梁-4、第二彈性梁-5、槽體-51、第二螺紋孔-6、應變片-7；如圖2，第一彈性梁-401、第一彈性梁-402、第一彈性梁-403、第一彈性梁-404、第一彈性梁-405、第一彈性梁-406、第一彈性梁-407、第一彈性梁-408；如圖2，第二彈性梁-501、第二彈性梁-502、第二彈性梁-503、第二彈性梁-504。具體實施方式在本專利技術的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本專利技術和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本專利技術的限制。術語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本專利技術的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。以下將結合附圖對本專利技術進行詳細說明，如圖1所示：本實施例所述的小型六維力和力矩傳感器，包括筒形外殼1、設置在所述筒形外殼1內壁的基座2、分別連接4個所述基座2的8根尺寸和結構相同的第一彈性梁4、設置在所述筒形外殼1中心的中心凸臺3、連接所述中心凸臺3與所述第一彈性梁4的4根尺寸和結構相同的第二彈性梁5，4根所述第二彈性梁5呈十字形設置，8根所述第一彈性梁4上和4根所述第二彈性梁5上分別貼設有多個應變片7，各自組成全橋式電路。本實施例所述的小型六維力和力矩傳感器，當所述中心凸臺3作用力和力矩時，所述基座2和所述中心凸臺3是剛性的，不發(fā)生變形，8根所述第一彈性梁4和4根所述第二彈性梁5均會產(chǎn)生拉壓變形或者彎曲變形，從而引起各全橋式電路輸出的電壓信號發(fā)生變化，通過對這些信號的分析處理，方便地得出各方向受到的作用力或力矩。因此，本專利技術結構簡單、體積小巧，能夠實現(xiàn)六個方向結構自解耦，適合目前工業(yè)系統(tǒng)的配套使用；且所述筒形外殼1、所述基座2、所述中心凸臺3、所述第一彈性梁4和所述第二彈性梁5為整體式構件，無需裝配，具有強度高，剛度大，固有頻率高，線性度、重復性和遲滯均理想的優(yōu)點。此外，通過改變所述第一彈性梁4和所述第二彈性梁5的尺寸可以任意改變傳感器的量程。在本實施例中，所述中心凸臺3為圓形，圓形的所述中心凸臺3的中間設有用于連接固定的M2.5的第一螺紋孔31和Φ1.5的銷孔32，所述第一螺紋孔31和所述銷孔32能夠與連接法蘭無間隙緊密配合，能實現(xiàn)動態(tài)測量(如往復運動)。為了便于使用，作為上述技術方案的進一步改進，所述第一螺紋孔31有4個，所述銷孔32有2個，4個所述第一螺紋孔31呈矩形分布在所述中心凸臺3上，2個所述銷孔32分別設置在呈矩形分布的4個所述第一螺紋孔31的兩側。在本實施例中，4個所述基座2上分別設有用于安裝保護外罩的第二螺紋孔6。為了提高該彈性體的性能，作為上述技術方案的進一步改進，所述第二彈性梁5的頂部高于所述第一彈性梁4的頂部，所述第二彈性梁5的底部低于所述第一彈性梁4的底部。為了提高該彈性體的性能，作為上述技術方案的進一步改進，每個所述第二彈性梁5分別和與其連接的兩個所述第一彈性梁4垂直設置本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種小型六維力和力矩傳感器，其特征在于：包括筒形外殼、設置在所述筒形外殼內壁的基座、連接所述基座的8根尺寸和結構相同的第一彈性梁、設置在所述筒形外殼中心的中心凸臺、連接所述中心凸臺與所述第一彈性梁的4根尺寸和結構相同的第二彈性梁，4根所述第二彈性梁呈十字形設置，8根所述第一彈性梁上和4根所述第二彈性梁上分別貼設有多個應變片，各自組成全橋式電路。

【技術特征摘要】
1.一種小型六維力和力矩傳感器，其特征在于：包括筒形外殼、設置在所述筒形外殼內壁的基座、連接所述基座的8根尺寸和結構相同的第一彈性梁、設置在所述筒形外殼中心的中心凸臺、連接所述中心凸臺與所述第一彈性梁的4根尺寸和結構相同的第二彈性梁，4根所述第二彈性梁呈十字形設置，8根所述第一彈性梁上和4根所述第二彈性梁上分別貼設有多個應變片，各自組成全橋式電路。2.根據(jù)權利要求1所述的一種小型六維力和力矩傳感器，其特征在于：所述中心凸臺為圓形，圓形的所述中心凸臺的中間設有用于連接固定的M2.5的第一螺紋孔和Φ1.5的銷孔。3.根據(jù)權利要求2所述的一種小型六維力和力矩傳感器，其特征在于：所述第一螺紋孔有4個，所述銷孔有2個，4個所述第一螺紋孔呈矩形分布在所述中心凸臺上，2個所述銷孔分別設置在呈矩形分布的4個所述第一螺紋孔的兩側。4.根據(jù)權利要求1所述的一種小型六維...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：李晨，姚舉祿，
申請(專利權)人：南京神源生智能科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：江蘇;32