[发明专利]一种降低三维力传感器各方向相互耦合的装置

说明书

本发明涉及一种降低三维力传感器各方向相互耦合的装置，包括上压板、传力柱、下压板，上压板通过四个均匀布置的传力柱将其所承受的矢量力传递给下压板；每个传力柱四个表面上均布置X向电阻应变片组、Y向电阻应变片组与Z向电阻应变片组，在外载荷作用下传力柱产生弹性变形，X向电阻应变片组、Y向电阻应变片组与Z向电阻应变片组便可感知其各自方向上的形变量。该装置基于弯曲变形理论通过对各向电阻应变片进行合理的空间布置，以消除分力之间的相互干扰，解决三维力传感器存在维间耦合性的难题，提高三维力传感器测量的准确度。

技术领域

本发明涉及一种降低三维力传感器各方向相互耦合的装置，该装置基于弯曲变形理论通过对各向电阻应变片进行合理的空间布置，以消除分力之间的相互干扰，解决三维力传感器存在维间耦合性的难题，提高三维力传感器测量的准确度。

背景技术

传感器在工业生产、国防建设和科学技术领域发挥着重要作用，传感器技术是现代信息技术的三大支柱之一。多分力传感器能够测量三维空间的全力信息，广泛应用于精密装配、轮廓跟踪、双手协调等作业中，同时在智能机器人、自动控制、航空航天、仿生运动等研究领域广泛应用。对于多分力传感器的研究，其核心问题是弹性体的结构设计与电阻应变片的合理布置，弹性体的结构决定着传感器的刚度、分辨率、灵敏度和动态性能等，电阻应变片的空间布置影响传感器的维间耦合性及测量精度，两者是传感器性能优劣的关键所在。然而，目前在三维力传感器的设计过程中在分辨率、测量精度、维间耦合性与动态特性之间很难到达一个平衡点。国内三维力传感器普遍采用筒式结构，电阻应变片布置于圆筒两端部，保证了传感器具有较高的灵敏度，却存在维间耦合度大、动态特性差、稳定性低等不足。近年来，一些学者探索采用立柱式结构，比如，在公开号为CN200920276179.8的专利中公开了一种立柱式三维测力传感器，该传感器采样立柱式结构，并将电阻应变片布置于立柱中心，此项技术改进在一定程度上提高了传感器的稳定性及动态性能，但是还是无法解决三维力传感器存在维间耦合性的难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种降低三维力传感器各方向相互耦合的装置，通过对立柱式三维力传感器进行结构改进，并基于弯曲变形理论对各向电阻应变片进行合理的空间布置，解决三维力传感器存在维间耦合性的难题，提高三维力传感器的综合性能。

为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种降低三维力传感器各方向相互耦合的装置，包括上压板、传力柱、下压板，上压板通过四个均匀布置的传力柱将其所承受的矢量力传递给下压板；每个传力柱四个表面上均布置X向电阻应变片组、Y向电阻应变片组与Z向电阻应变片组，在外载荷作用下传力柱产生弹性变形，X向电阻应变片组、Y向电阻应变片组与Z向电阻应变片组便可感知其各自方向上的形变量。

所述的四个均匀布置的传力柱为该三维力传感器的弹性体，弹性体的壳体是沿壳体轴向上下对称结构，将壳体镂空，分别形成上压板、传力柱、下压板。

所述的X向电阻应变片组由电阻应变片Xa、电阻应变片Xb、电阻应变片Xc及电阻应变片Xd组成，电阻应变片Xa、电阻应变片Xb、电阻应变片Xc及电阻应变片Xd以传力柱横向对称面为中心对称布置在其两端，组成一组全桥电路Qx，用于完成对X方向分力Fx的测量。

所述的Y向电阻应变片组由电阻应变片Ya、电阻应变片Yb、电阻应变片Yc及电阻应变片Yd组成，电阻应变片Ya、电阻应变片Yb、电阻应变片Yc及电阻应变片Yd以传力柱横向对称面为中心对称布置在其两端，组成一组全桥电路Qy，用于完成对Y方向分力Fy的测量。