[发明专利]六维力传感装置

说明书

技术领域

本发明属于自动控制领域，特别涉及一种测量空间三维力与三维力矩的六维力传感器。

背景技术

六维力传感以其能够感知外力和力矩的全部信息而成为重要的一类传感器，可用于监测方向、大小都在变化的力以及测量加速度、惯性力等。它越来越广泛的应用于工业以及人们的生活中，包括机器人、航空航天、机械加工、轮廓测量、汽车、医疗等多个领域。

斯特沃特(stewart)平台结构是典型的六维力传感装置，其是通过六个支撑构件将上下平台连接而成，在每个支撑构件上安置有传感装置。当受到六维外力作用时，六个支撑构建只承受沿支撑构件轴心方向的拉力或压力，通过传感器检测每个支撑构件上的轴向力，通过已知的相应的矩阵计算就可以求出平台所受的六维外力。但现有的传感器以电阻应变片或压电材料为主，其动态范围小、灵敏度低，使斯特沃特(stewart)平台结构的六维力传感装置承载力动态范围低、精度差，并且易受电磁干扰，限制了六维力传感装置的推广使用。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种六维力传感装置。本发明结构简单、设计合理、加工制作方便、成本低且使用方式灵活、寿命长、灵敏度高、具有良好的抗电磁干扰能力，具有推广价值。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：六维力传感装置，其特征在于：包括运动平台、固定平台和连接运动平台与固定平台的六个支撑构件，每个支撑构件的上下端分别通过虎克铰与运动平台和固定平台连接，每个支撑构件上设置有柔顺部件，所述柔顺部件由上壳体、与上壳体滑动配合的下壳体以及布设于上壳体和下壳体内的弹簧一构成，每个支撑构件上至少包含一个感测部件，所述感测部件包括弹性部件和两端固定于弹性部件上的曲线型支架，在所述曲线型支架上的相对两侧布设有多个A侧变形齿和多个B侧变形齿，多个A侧变形齿和多个B侧变形齿之间呈交错布设且二者的头部间形成供一个或多个信号光纤穿过的曲线型通道，A侧变形齿和B侧变形齿对应布设在信号光纤两侧，所述信号光纤通过光缆连接有测试单元，所述测试单元连接有处理单元。

上述的六维力传感装置，所述曲线型支架由曲线型壳体构成，多个A侧变形齿和多个B侧变形齿对应布设在曲线型壳体的内壁上。

上述的六维力传感装置，所述曲线型壳体两端的信号光纤上安装有光反射装置。

上述的六维力传感装置，所述曲线型支架为弹簧二，A侧变形齿和B侧变形齿对应布设在弹簧二中相邻两圈弹簧丝之间。

上述的六维力传感装置，所述曲线型支架为波纹管，A侧变形齿和B侧变形齿对应布设在波纹管的管壁上内凹处的相对两个侧面上。

上述的六维力传感装置，所述曲线型支架为柱体，该柱体是支撑构件的一部分，在柱体的侧壁上分布有缝隙，在缝隙的上下两侧布设有相互交错对应的A侧变形齿和B侧变形齿。

上述的六维力传感装置，所述曲线型壳体两端的信号光纤上安装有光反射装置。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、结构简单、加工制作简便、投入成本低且使用方式灵活、灵敏度高。

2、该装置能同时检测空间六维力，具有结构精巧、适应性强、精度高、动态性能好的优点，可适用于智能机器人、自动检测、控制和加工制造领域等多个方面。

3、根据柔顺部件的受力和变形之间的线性关系，可以推算出运动平台的位置及位姿变化，从而实现对六维力和位置的同时感知。

4、本发明采用光纤传感和传输信号使本装置具有较好的抗电磁干扰能力，具有较广的应用范围。

综上所述，本发明结构简单、设计合理、加工制作方便、成本低且使用方式灵活、灵敏度高、使用效果好，有良好的抗电磁干扰能力，具有推广价值。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图。

图2为本发明两端固定于支撑杆上的曲线型壳体19的结构示意图。

图3为本发明柔顺部件的结构示意图。

图4为本发明曲线型壳体的内部结构示意图。

图5为本发明实施例2的结构示意图。

图6为本发明弹簧部分剖面结构示意图。

图7为本发明实施例3的结构示意图。

图8为图7中A处的局部放大示意图。

图9为本发明实施例4的结构示意图。

图10为图9中A-A剖面的结构示意图。

图11为本发明实施例5的结构示意图。

图12为本发明实施例6的结构示意图。

附图标记说明：