[发明专利]带过载保护的微型五维力传感器及其力矢量信息获取方法

权利要求书

1、带过载保护的微型五维力传感器，包括指尖(1)、弹性体(2)和底座(3)，三者相互连接；所述指尖(1)为该传感器与外界接触的接口，采用任何曲面方程已知的形状；所述底座(3)内置硬件电路板，其特征在于：所述弹性体(2)为双E型膜结构，上E型膜(21)和下E型膜(23)相背设置，其间留有间距，通过中间传力柱(22)使上E型膜(21)和下E型膜(23)相互连接为一体；所述中间传力柱(22)置有通孔；所述上E型膜(21)和下E型膜(23)置有应变片组成的检测电路并通过所述中间传力柱(22)的通孔连接在一起构成五组全桥检测电路，并与所述硬件电路板相联接。

2、根据权利要求1所述的带过载保护的微型五维力传感器，其特征在于所述上E型膜(21)上面粘贴有两组全桥检测电路用来检测传感器受力时受到的绕x轴的转矩Mx和绕y轴的转矩My；所述下E型膜(23)上面粘贴有三组全桥检测电路用来检测传感器受力时受到的沿x轴的力Fx、沿y轴的力Fy和沿z轴的力Fz。

3、根据权利要求2所述的带过载保护的微型五维力传感器，其特征在于所述上E型膜(21)上面粘贴8片初始电阻值相等的应变片R1～R8，构成两组全桥检测电路，其中R1、R2、R3、R4构成组一用于检测绕X轴的转矩Mx，沿Y轴方向贴放；，R5、R6、R7、R8构成组二用于检测浇Y轴的转矩My，沿X轴方向贴放；所述下E型膜(23)上面粘贴有12片初始值相等的应变片R9～R20，构成三组全桥检测电路分为三组，其中R9、R10、R11、R12构成组三用于检测Fz，与X轴成45度帖放；R13、R14、R15、R16构成组四用于检测Fx，沿X轴帖放；R17、R18、R19、R20构成组五用于检测Fy，沿Y轴贴放。

4、根据权利要求1所述的带过载保护的微型五维力传感器，其特征在于所述上E型膜(21)和下E型膜(23)的外圆置有外螺纹，所述底座(3)内部置有内螺纹；其中上E型膜(21)的外螺纹和所述的指尖(1)的圆筒体部分上的内螺纹相连，其中下E型膜(23)的外螺纹与底座(3)的内螺纹相连。

5、一种获取权利要求1所述的五维力传感器的力矢量信息获取方法，其特征在于：

a)传感器的坐标系与指尖曲面方程的坐标系重合；

b)外力的矢量信息：大小(F)，作用点坐标位置(x，y，z)和外力的方向(α，β)由以下方程组获取：

Fx=FcosβcosαFy=FcosβsinαFz=FsinβMx=Fy·z+Fz·yMy=Fx·z+Fz·xf(x,y,z)=0]]>①

其中α为外力F在水平面的分量Fcosβ与OX轴的夹角，β为外力F与OXY平面的夹角，f(x，y，z)＝0为指尖曲面方程，F_x，F_y，F_z，M_x，M_y为五维力传感器检测得到的五维力信息；

C)所述五组全桥检测电路分别将应变片的电阻变化转换为电压的变化，通过所述硬件电路板对信号进行调零、放大、模拟滤波、模数转换、数字滤波、数值计算，最后通过通讯接口将获得的力信息传送出去。