[发明专利]刚柔软混合动态可变形六维力感知机构有效

专利信息
申请号: 201710705799.8 申请日: 2017-08-17
公开(公告)号: CN107543643B 公开(公告)日: 2019-05-28
发明(设计)人: 赵延治;刘梦华;马春雷;梁彦;单煜 申请(专利权)人: 燕山大学
主分类号: G01L5/16 分类号: G01L5/16
代理公司: 秦皇岛一诚知识产权事务所(普通合伙) 13116 代理人: 崔凤英
地址: 066004 河北省*** 国省代码: 河北;13
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摘要:
搜索关键词: 柔软 混合 动态 变形 六维力 感知 机构
【说明书】:

本发明公开一种刚柔软混合动态可变形六维力感知机构,属于传感器领域,其包括上平台,下平台,连接上、下平台的三条可变形测力分支及置于上平台之上的三轴转台,下平台为固定平台,其边缘附近设有三组结构相同、分布均匀的边缘支撑柱,每组分别包括两个不等高的边缘支撑柱,两个边缘支撑柱间设有一根导轨,每根导轨各与一条可变形测力分支相连,可变形测力分支上设有激光式位移传感器,三轴转台上分别设有角度传感器和扭簧,机构外侧设有包裹软膜。本发明可在软接触条件下实现六维力感知,在测量过程中不仅能够产生变形,且力的输入输出映射关系保持恒定不变,即实现大变形恒力传递测量;同时具有结构对称,制造方便,便于系列化生产等特点。

技术领域

本发明属于传感器领域,涉及有关空间六维力传感器装置,特别是兼具刚性和柔性的软接触条件下的六维力感知机构。

背景技术

多维力传感器指的是一种能够同时测量两个方向以上力及力矩分量的力传感器,在笛卡尔坐标系中力和力矩可以各自分解为三个分量,因此,多维力最完整的形式是六维力/力矩传感器,即能够同时测量三个力分量和三个力矩分量的传感器,目前广泛使用的多维力传感器就是这种传感器。近年来,对该领域的研究取得了部分成果,如一种能够实现六维空间力测量的力矩传感器,用于空间六维力的测量的传感器等等。在传感器测量六维动态力的研究领域,公开号CN102353482A的中国专利公开的一种能够实现六维空间力测量的力矩传感器,通过九个一维力传感器的输出力信息,并根据一维力输出与六维空间力的关系式得到空间六维力的大小;公告号CN201181246Y的中国专利公开的用于空间六维力的测量的传感器,为三个两两垂直的矩形梁组成的正交串联结构,通过三个矩形截面梁上的应变片测量空间六维力的大小;公开号CN102323000A的中国专利公开的一种安全型无力耦合六维力传感器,其机构主要包括上下两板,通过多个支撑块和粘贴有应变片的弹性体来实时、精确检测六维力信息。上述专利技术虽均可对六维力进行测量,但在传感器应用过程中,传感器结构本身不可以发生变形。随着传感器在航空航天、机器人和生物力学等多领域的推广应用,对能够产生变形的多维力传感器的需求持续增加,即要求传感器不仅能够实现三维力测量,同时还需兼具变形的特点。

在可变形传感器研究领域,公开号CN204346630U的中国专利公开的一种六维力传感器,运用弹性梁的微小形变和侧梁上的应变片实现力的感知,从而得出六维力的大小,但仅能产生微小形变;公开号CN101925793A的中国专利公开的具有柔性的变形传感器,由非水系高分子固体电解质和至少一对电极构成薄片,可检测出变形位置和压力分布,但仅局限于感应三维空间的位移和位置以及二维平面上的压力分布,且精确测量环境也只限于干燥条件下。公开号CN103674385A的中国专利公开的一种新型六维力传感器装置,通过螺杆上的感应片感应螺杆的形变来实现测力,特别适用于空间两飞行器在接触、碰撞过程中的测力,但只能产生微小形变。以上传感器虽可以发生变形,但不能保证在软接触条件下保持传感器的输入输出间映射关系保持不变。

发明内容

本发明旨在提供一种在软接触条件下,可以测量六维力,在测量时可产生变形,且在变形的过程中其输入输出的映射关系始终保持恒定不变的刚柔软混合的动态可变形六维力感知机构。

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