[发明专利]一种分载可调的压电式六维力传感器

说明书

本发明公开了一种分载可调的压电式六维力传感器，属于压电传感器技术领域，特别涉及测量不同量程范围的空间六维力/力矩。本发明采用在盖板与底座的侧面刚性连接分载板的方法，实现对作用于盖板上的力的分载；通过更换系列模块化的分载板来改变分载板的分载效果，使传感器的量程可调。该方法拓宽了六维力传感器的测量范围，操作简单、使用方便、成本低廉。

技术领域

本发明属于压电传感器技术领域，特别涉及测量不同量程范围的空间六维力/力矩，具体为一种分载可调的压电式六维力传感器。

背景技术

随着“中国制造2025”的提出，标志着我国对智能制造、高端装备制造等方面的重视。六维力传感器作为测量空间六维力/力矩的设备，已经在工业机器人、航空航天、海洋工程装备、重载机械等方面有着广泛的应用。

六维力传感器根据测力原理的不同可以分为电阻应变式、电容式、电感式、压电式和光电式。目前，应用最为广泛的是应变式六维力传感器，具有功能强、体积小、设计灵活、安装方便、灵敏度高、疲劳寿命长等优点，但是由于其自身的测量原理，导致传感器的刚度较低、动态性能差，为弥补这一欠缺，压电式六维力传感器被纳入到研究和研制的日程。与应变式六维力传感器相比，压电式六维力传感器有以下特点：利用压电效应原理测力，具有更高的灵敏度，可测量较小的六维力/力矩；频率响应快、刚度大，不仅适用于静态测力，还可以动态测量；载荷范围宽、结构简单。

目前，已有很多专家学者研究可分载的压电式六维力传感器，如中国专利CN102288334A“一种并联式压电六维力大力传感器”和专利CN103196594A“一种轮辐式并联压电六维力传感器及其测量方法”中，均通过自身结构与传感器并联的方式对传感器所受载荷分载，但这类分载方式仅能测量一定量程的力，专一性强。

中国专利CN101793574A公开了一种可分载的压电式多维力测量装置，通过在传感器上合理布置多点膨胀柱销，并设计同直径的膨胀柱销方法来实现不同的分载比。结构简单、操作方便，但该测量装置只能测三维力，并且法相分载效果差。

中国专利CN101793574A公开了一种可调分载比压电式六维力传感器，其通过调整力敏元件的安装位置和选用系列模块化的分载环、定位环来调节分载比，可以达到同一传感器测量不同量程六维力的目的。但是该装置必须保证力敏元件的上表面和分载环的上表面严格等高，这在实际加工中很难保证，从而影响测量精度；另外，当力的量程发生改变时，需拆卸所有机构，再重新组装，不但费时费力，并且很难保证安装精度。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种可分载的压电式六维力传感器及其改变分载大小的方法。设计一种结构简单、安装方便、操作简单、易于产品化的用于测量不同量程范围力的压电式六维力传感器。

本发明的技术方案：

一种分载可调的压电式六维力传感器，包括底座1、压电式三向力传感器2、2个分载板3、4个预紧螺钉4、盖板5、16个开槽平头螺钉6和密封胶7；

所述的底座1上表面a设有一体结构的四个下凸台b，盖板5的下表面d设有一体结构、与之对应的上凸台c，压电式三向力传感器2安装于下凸台b与上凸台c之间，并与之贴合；预紧螺钉4依次通过盖板5通孔、压电式三向传感器2通孔、底座1螺纹孔将盖板5、压电式三向力传感器2和底座1连接在一起，且保证4个预紧螺钉4所受的预紧力相等，并达到预定的预紧值；

分载板3通过紧定螺钉6固定在底座1和盖板5两侧，紧定螺钉6依次通过分载板3螺纹孔、盖板5螺纹盲孔将分载板3、盖板5连接在一起，紧定螺钉6依次通过分载板3螺纹孔、底座1螺纹盲孔将分载板3、底座1连接在一起；

由硅胶粘合剂形成的密封圈7对压电式三向力传感器2密封，起到防潮、隔热的目的；

所述的分载板3的厚度为6㎜～15㎜，通过改变分载板3的厚度，进而改变分载板3的分载效果，使传感器的量程可调。