[实用新型]一种六维力传感器

说明书

技术领域

本实用新型属于传感器技术领域，更具体地说是可用于测量空间六维力的传感器。

背景技术

多维力传感器是机器人获得与环境之间作用力的重要信息来源。目前已有多方面的多维力传感器的研究，如美国DraPer研究所研制的Waston多维力传感器，中科院合肥智能所和东南大学联合研制的SAFMS型多维力传感器，基于Stewart平台的多维力传感器，黄心汉教授研究的HUST FS6型多维力传感器，德国的Dr.R.Seitner公司设计的二级并联结构型六维力传感器等等。国内外对多维力传感器做了大量的研究，所设计的多维力传感器多种多样，各有不同的优缺点及应用场合，但多维力传感器的解耦、刚度与灵敏度的矛盾等问题还需得到进一步的研究。

实用新型内容

本实用新型是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种具有新的结构形式的六维力传感器，用于实现六维力传感器在结构上解耦，且在提高传感器灵敏度的同时保证传感器的刚度。

本实用新型为解决技术问题采用如下技术方案：

本实用新型六维力传感器的结构特点是：具有周向支撑、中心台和径向梁；所述径向梁均匀分布在中心台的周边，径向梁的一端与中心台的外侧壁呈“T”形连接，径向梁的另一端与周向支撑的内侧壁呈“T”型连接，在所述径向梁上设有梁通孔，以使应力集中于梁通孔的两侧。

本实用新型六维力传感器的结构特点也在于：所述径向梁共有四只，四只径向梁以中心台的中心为中心，呈“十”字分布。

本实用新型六维力传感器的结构特点也在于：所述中心台和各径向梁均呈水平状态；以中心台的中心点为坐标原点建立三维坐标系，在所述三维坐标系中，四根径向梁中第一梁处在X轴正向上，第二梁处在Y轴正向上，第三梁处在X轴负向上，第四梁处在Y轴负向上；Z轴向为竖向。

本实用新型六维力传感器的结构特点也在于：所述径向梁上有一个竖向通孔和两个水平通孔，布置方式有两种；

方式一：在各径向梁上，处在远离坐标原点的一端设置有竖向径向梁单通孔；处在靠近坐标原点的一端设置有第一水平径向梁通孔，处在第一水平径向梁通孔远离坐标原点的一侧并列有第二水平径向梁通孔，所述第一水平径向梁通孔与第二水平径向梁通孔相互连通形成为水平双通孔；

方式二：在各径向梁上，处在径向梁中间位置上设置有竖向径向梁单通孔；处在靠近坐标原点的一端设置有第一水平径向梁通孔，处在远离坐标原点的一端设置有第二水平径向梁通孔；

所述四只径向梁上第一水平径向梁通孔处在“十”字对称的位置上，四只径向梁上第二水平径向通孔亦处在“十”字对称的位置上；四只径向梁上竖向径向梁单通孔亦处在“十”字对称位置上。

本实用新型六维力传感器的结构特点也在于：在所述径向梁的表面按如下形式分布应变片：

方式一：

应变片R11、R12、R13和R14构成第一惠斯通全桥电路，所述应变片R11、R12、R13和R14用于检测X轴方向上的应变，并以此获得Z轴方向力F_z；其中，应变片R11和R12上下对称地位于第三梁中对应于第二水平径向梁通孔所在位置上的上表面和下表面；应变片R13和R14上下对称地位于第一梁中对应于第二水平径向梁通孔所在位置上的上表面和下表面；

应变片R21、R22、R23和R24构成第二惠斯通全桥电路，所述应变片R21、R22、R23和R24用于检测X轴方向上的应变，并以此获得Y轴方向力矩M_y；其中，应变片R21和R22上下对称地位于第三梁中对应于第一水平径向梁通孔所在位置上的上表面和下表面；应变片R23和R24上下对称地位于第一梁中对应于第一水平径向梁通孔所在位置上的上表面和下表面；

应变片R31、R32、R33和R34构成第三惠斯通全桥电路，所述应变片R31、R32、R33和R34用于检测Y轴方向上的应变，并以此获得X轴方向力矩M_x；其中，应变片R31和R32上下对称地位于第二梁中对应于第一水平径向梁通孔所在位置上的上表面和下表面；应变片R33和R34上下对称地位于第四梁中对应于第一水平径向梁通孔所在位置上的上表面和下表面；

方式二：