[发明专利]柔性大变形恒定力传递三维力感知机构

说明书

一种柔性大变形恒定力传递三维力感知机构，其包括底座、测力平台，以及连接底座和测力平台的三条结构相同的测力分支，底座成三角锥形，三条棱相互正交，整体呈放射状分布，每条测力分支包括移动副组成构件、第一螺栓轴承、第一连杆、第二螺栓轴承、第二连杆、第三螺栓轴承、上平台座以及拉压式力传感器，上述移动副组成构件包括导轨、滑块、双向压力弹簧装置；所述双向压力弹簧装置包括两个有相同预紧力的弹簧、弹簧套筒、弹簧杆和端盖。本发明结构简单，灵敏度高，能够承受碰撞力，在测力过程中能发生较大形变，而且其输入输出力映射关系恒定不变。

技术领域

本发明涉及一种测力感知机构，特别是一种动态三维力和碰撞力的测量机构。

背景技术

为了满足对动态力的实时测量，国内也出现了许多类型三维动态力传感机构。南京航空航天大学的赵威等在公开号为CN102267069A的专利中提出了一种超高转速切削三维动态力测试平台，满足在超高转速切削时对动态力信号的实时准确测量。广西师范大学的牟向伟在公开号为CN104215380A的专利中提出了一种精确测试固定受力体承受外部施加的三维动态力的测力装置，可以对受力体和传感器进行紧实固定并且可以调整和确保传感器与相关组件间的配合精度和位置尺寸精度，能够对固定受力体承受外部施加的三维动态力进行精确、实时测试。但是以上两个专利的结构为刚性，无法产生变形，且在测力过程中受到机械振动影响较大。

机器人技术飞速的发展，对三维力的测量有了更多的要求，在医疗康复、机器人夹持、智能化加工制造、航空航天、物体碰撞的方面，需要传感机构具有一定的柔性，可承受碰撞，而且能够在机构发生变形的同时将力精确测量出来，因此，柔性大变形动态三维力感知机构将是未来发展的方向。目前，公开号为CN101925793A的专利公开了一种具有一定柔性的变形传感器，该机构是由非水系高分子固体电解质和夹住该非水系高分子固体电解质的至少一对电极构成的薄片。由于该高分子施加机械变形会产生电动势，因而可检测出变形位置和压力分布，实现动态测量。但是其只能检测出二维平面上的压力分布，并且仅适用于空气中较干燥状态下，才能对机械变形高灵敏度地响应且有柔性。公开号为CN107144389A的专利提供了一种可嵌入软体机器人内部进行随动的全柔性传感器，可安装于传统机器人关节、软体机器人和人机交互设备及其它需要检测多维力的场合，但其外部材料使用硅胶，金属镓铟锡合金作为敏感元件，在高温环境下，该传感器将无法精确测量，其传感机构无法产生大变形。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机构简单、环境适应力强、在变形过程中能够准确测量出动态三维力的柔性大变形恒定力传递三维力感知机构。

本发明包括底座、测力平台，以及连接底座和测力平台的三条结构相同的测力分支，其中底座成三角锥形，三条棱相互正交，整体呈放射状均布；所述每条测力分支包括移动副组成构件、第一转动副、第一连杆、第二转动副、第二连杆、第三转动副、上平台座以及拉压式力传感器；所述移动副组成构件包括导轨、滑块、双向压力弹簧装置，其中，双向压力弹簧装置包括两个有相同预紧力的弹簧、弹簧套筒、弹簧杆和端盖；导轨固定在底座上，滑块设在导轨上，双向压力弹簧装置中的弹簧套筒与滑块固连，在弹簧套筒内，第一弹簧的一端与弹簧套筒的一端连接，第一弹簧的另一端与弹簧杆的一端连接，弹簧杆的另一端与第二弹簧的一端连接，第二弹簧的另一端与端盖连接；所述弹簧杆与第一弹簧连接的一端设有螺纹，并与固定在底座侧面端部的拉压式力传感器连接；第一连杆的一端通过第一螺栓轴承与弹簧套筒端盖的一端连接，该第一连杆的另一端通过第二螺栓轴承与第二连杆的一端连接，该第二连杆的另一端通过第三螺栓轴承与上平台座连接，上平台座与测力平台固连。

本发明与现有技术相比具有如下优点:

1、结构简单，经济性和工艺性良好，环境适应能力强，可在变形过程中准确测量出动态三维力。

2、具有变形过程中输入输出力映射关系恒定的特点，由于其输入输出力映射关系恒定，外力对本感知机构作用的结果不会因为位姿的改变而改变，在人机交互领域有更加显著的优势。