【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于傳感器領域。具體地，本專利技術涉及一種非晶合金材料、彈性體結構和六維力傳感器。
技術介紹
1、機械臂系統作為現代工程領域的關鍵技術支柱，已在工業自動化、醫療手術輔助、人形機器人及航空航天工程等多個方面發揮著不可或缺的作用。特別是在航空航天精密制造環境中，由于工作空間的狹小和任務復雜度的增加，對機械臂系統的性能提出了更為嚴苛的要求。為了滿足這些高性能需求，機械臂不僅需要具備良好的協作性、輕量化設計以及高精度操作能力，還需要配備先進的傳感技術以確保其在復雜環境中的適應性和可靠性。特別是對于實現機械臂末端執行器的動態解耦以及力和力矩的實時監測與反饋來說，高性能六維力傳感器是必不可少的組件。這類傳感器必須能夠提供卓越的測量精度、足夠的靈敏度、強大的過載保護能力，同時應實現微型化設計與成本效益優化，從而進一步提升其整體性能和應用范圍。
2、彈性體作為六維力傳感器的重要組件之一，在設計過程中需考慮傳感器量程和靈敏度之間的平衡。目前，彈性體材料主要分為高強度不銹鋼和低模量鋁合金兩類。對于空間有限且測量范圍寬的使用場景，為保證傳感器的剛度和疲勞壽命，彈性體材料通常為高強度不銹鋼。然而，由于晶態材料的固有特性，不銹鋼力傳感器的靈敏度往往較低，這極大地降低了傳感器的動態響應速度。相比之下，采用低模量鋁合金雖然可顯著提升傳感器的靈敏度，但是該材料較低的屈服強度又會導致傳感器的精度和剛度不足。目前仍未開發出一種高性能的彈性體材料，以全面地提高傳感器的綜合性能。
3、基于上述條件，研究人員致力于通過結構優化和算法補償
4、cn109100073公開了一種基于應變反演的六維力傳感器及其測量方法。該現有技術可通過算法補償在簡單的彈性體結構下實現力與力矩的高度解耦。但是，該現有技術的傳感器測量精度差、量程和靈敏度低，且該現有技術沒有公開各向同性材料的具體成分。
5、目前針對于高性能六維力傳感器的彈性體材料研究并不多，例如cn115060405a公開了非晶合金可以用于制備六維力傳感器。但是，該現有技術采用了非徑向的三橫梁結構和鋁合金基座，極大地降低了傳感器剛度和使用量程，并導致整體體積冗余和制備工藝復雜化。此外，該彈性體的外圓轂、內圓轂和斜橫梁處于同一平面，易造成傳感器串擾高、彎矩大，從而降低傳感器精度。
6、因此，現有技術雖然可提高六維力傳感器的部分性能，但仍存在成本增加、制造工藝復雜以及性能改進瓶頸等問題。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于提供一種非晶合金材料，該非晶合金材料具有高屈服強度、低楊氏模量和高彈性極限。
2、本專利技術的另一目的在于提供一種彈性體結構，當其用于六維力傳感器時，使得該六維力傳感器具備高靈敏度、高精度、寬量程和低串擾等優點。
3、本專利技術的又一目的在于提供一種六維力傳感器，其包括本專利技術的彈性體結構。
4、本專利技術的上述目的是通過以下技術方案實現的。
5、第一方面，本專利技術提供一種非晶合金材料，其包含zr、ta、v、nb和m，其中：
6、所述m為cr、al、ti或hf。
7、本申請的專利技術人出乎意料地發現，具有本專利技術組成的非晶合金材料表現出顯著優越的綜合性能，可兼具高屈服強度、低楊氏模量和高彈性極限。
8、優選地，在本專利技術所述的非晶合金材料中，所述非晶合金材料包含zr、ta、v、nb和cr，并且所述zr、ta、v、nb和cr的原子比為：
9、zr:?ta:?v:?nb:?cr=(35～68):?(15～31):?(8～20):?(8～11):?(0～7且不等于0)，即zr:?ta:?v:?nb:?cr=(35～68):?(15～31):?(8～20):?(8～11):?(大于0且小于等于7)。
10、更優選地，在本專利技術所述的非晶合金材料中，所述非晶合金材料包含zr、ta、v、nb和cr，并且所述zr、ta、v、nb和cr的原子比為：
11、zr:?ta:?v:?nb:?cr=(40～55):?(20～28):?(10～20):?(9～11):?(3～6)。
12、優選地，在本專利技術所述的非晶合金材料中，所述非晶合金材料包含zr、ta、v、nb和al，并且所述zr、ta、v、nb和al的原子比為：
13、zr:?ta:?v:?nb:?al=(35～68):?(15～31):?(8～11):?(8～11):?(0～7且不等于0)，即zr:?ta:?v:?nb:?al=(35～68):?(15～31):?(8～11):?(8～11):?(大于0且小于等于7)。
14、更優選地，在本專利技術所述的非晶合金材料中，所述非晶合金材料包含zr、ta、v、nb和al，并且所述zr、ta、v、nb和al的原子比為：
15、zr:?ta:?v:?nb:?al=(50～65):?(15～25):?(8～10):?(8～11):?(3～6)。
16、優選地，在本專利技術所述的非晶合金材料中，所述非晶合金材料包含zr、ta、v、nb和ti，并且所述zr、ta、v、nb和ti的原子比為：
17、zr:?ta:?v:?nb:?ti=(42～57):?(18～27):?(11～17):?(11～17):?(0～5且不等于0)，即zr:?ta:?v:?nb:?ti=(42～57):?(18～27):?(11～17):?(11～17):?(大于0且小于等于5)。
18、更優選地，在本專利技術所述的非晶合金材料中，所述非晶合金材料包含zr、ta、v、nb和ti，并且所述zr、ta、v、nb和ti的原子比為：
19、zr:?ta:?v:?nb:?ti=(42～55):?(18～23):?(11～16):?(11～17):?(2～5)。
20、優選地，在本專利技術所述的非晶合金材料中，所述非晶合金材料包含zr、ta、v、nb和hf，并且所述zr、ta、v、nb和hf的原子比為：
21、zr:?ta:?v:?nb:?hf=(45～65):?(20～35):?(11～15):?(11～15):?(0～3且不等于0)，即zr:?ta:?v:?nb:?hf=(45～65):?(20～35):?(11～15):?(11～15):?(大于0且小于等于3)。
22、更優選地，在本專利技術所述的非晶合金材料中，所述非晶合金材料包含zr、ta、v、nb和hf，并且所述zr、ta、v、nb和hf的原子比為：
23、zr:?ta:?v:?nb:?hf=(47～50):?(20～25):?(11～13):?(11～13):?(2～3)。
24、在本發本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種非晶合金材料，其包含Zr、Ta、V、Nb和M，其中：
2.根據權利要求1所述的非晶合金材料，其中，所述非晶合金材料包含Zr、Ta、V、Nb和Cr，并且所述Zr、Ta、V、Nb和Cr的原子比為：
3.根據權利要求1所述的非晶合金材料，其中，所述非晶合金材料包含Zr、Ta、V、Nb和Al，并且所述Zr、Ta、V、Nb和Al的原子比為：
4.根據權利要求1所述的非晶合金材料，其中，所述非晶合金材料包含Zr、Ta、V、Nb和Ti，并且所述Zr、Ta、V、Nb和Ti的原子比為：
5.根據權利要求1所述的非晶合金材料，其中，所述非晶合金材料包含Zr、Ta、V、Nb和Hf，并且所述Zr、Ta、V、Nb和Hf的原子比為：
6.權利要求1至5中任一項所述的非晶合金材料在六維力傳感器中的用途。
7.一種彈性體結構，其由權利要求1至5中任一項所述的非晶合金材料制成。
8.根據權利要求7所述的彈性體結構，其包括環形固定安裝臺、位于所述固定安裝臺環形內部空間內的加載臺和圍繞所述加載臺間隔布置的三個或三個以上的徑向應
9.根據權利要求8所述的彈性體結構，其中，所述固定安裝臺上設置有三個或三個以上的細槽，每個細槽的位置靠近所述徑向應變梁與所述固定安裝臺的連接處，其延伸方向垂直于所述徑向應變梁的徑向，并且所述細槽的寬度為0.5～1?mm。
10.一種六維力傳感器，其包括權利要求7至9中任一項所述的彈性體結構、電阻應變片和內置電路；其中，
...【技術特征摘要】
1.一種非晶合金材料，其包含zr、ta、v、nb和m，其中：
2.根據權利要求1所述的非晶合金材料，其中，所述非晶合金材料包含zr、ta、v、nb和cr，并且所述zr、ta、v、nb和cr的原子比為：
3.根據權利要求1所述的非晶合金材料，其中，所述非晶合金材料包含zr、ta、v、nb和al，并且所述zr、ta、v、nb和al的原子比為：
4.根據權利要求1所述的非晶合金材料，其中，所述非晶合金材料包含zr、ta、v、nb和ti，并且所述zr、ta、v、nb和ti的原子比為：
5.根據權利要求1所述的非晶合金材料，其中，所述非晶合金材料包含zr、ta、v、nb和hf，并且所述zr、ta、v、nb和hf的原子比為：
6.權利要求1至5中任一項所述的非晶合...
【專利技術屬性】
技術研發人員：魯文灝，王超，柳延輝，
申請(專利權)人：中國科學院物理研究所，
類型：發明
國別省市：
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