[实用新型]一种柔性机构自解耦六维力传感器

说明书

本实用新型提供一种柔性机构自解耦六维力传感器，包括加载台、固定台、内弹性梁、外弹性梁以及柔性铰链，内弹性梁的一端均固定在加载台外侧，且四个内弹性梁在加载台外侧均匀排布，八个外弹性梁每两个一组分别通过柔性铰链连接在四个内弹性梁的另一端，四个外弹性梁与内弹性梁相互垂直，四个固定台呈圆周均匀分布，且分别位于相邻的两个外弹性梁之间，四个固定台的两端分别通过柔性铰链与其相邻的外弹性梁相连，四个内弹性梁上均开有一号双目形通孔，八个外弹性梁上均开设二号双目形通孔，该设计具有良好的自解耦性能，本实用新型结构紧凑，测量灵敏度高，精度好，滞后小，并具有良好的自解耦性能。

技术领域

本实用新型是一种柔性机构自解耦六维力传感器，属于传感器技术领域。

背景技术

六维力传感器能够同时检测空间六维力和力矩的全部信息，随着自动化、智能化水平以及机器人技术的飞速发展，已经广泛应用于航空航天、机器人、汽车制造、工业生产和医疗等各大领域，对于满足各行业的工程需求而言有着重要的作用。六维力传感器的灵敏度、维间耦合、精度和迟滞等是影响传感器使用性能的几个最重要指标。如何提高六维力传感器的灵敏度和精度，降低维间耦合、减小迟滞一直以来是备受关注的研究焦点，但迄今为止没有一个很好的解决方法。

现有六维力传感器的弹性梁往往为实心梁，如专利CN103940544B、CN103487194B、CN103528746B、CN100535620C、CN105651446A等，该结构的优点是传感器刚度大、迟滞小，但缺点是灵敏度低、维间耦合大、精度低。专利CN106225977A采用了多个单向传感器，单向传感器的弹性梁为双目结构，但是该专利的弹性体为组合弹性体，存在摩擦与间隙，从而导致六维力传感器迟滞较大，影响重复性精度。为了降低传感器的维间耦合，专利CN10149102B将弹性体梁的宽度降低，从而将实心梁结构变成了板结构，该结构虽然可以减小维间耦合，但会造成传感器刚度严重降低。美国发明专利US6871552B2将实心弹性梁结构变为盲孔弹性梁，虽然该结构可以有效提高传感器测量灵敏度和精度，但粘贴应变片的盲孔厚度要求非常小，从而导致盲孔结构的弹性梁加工困哪，工艺性差。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型目的是提供一种柔性机构自解耦六维力传感器，以解决上述背景技术中提出的问题，本实用新型结构紧凑，测量灵敏度高，精度好，滞后小，并具有良好的自解耦性能。

为了实现上述目的，本实用新型是通过如下的技术方案来实现：一种柔性机构自解耦六维力传感器，包括加载台、固定台、内弹性梁、外弹性梁、柔性铰链和应变片，所述内弹性梁设有四个，四个所述内弹性梁的一端均固定在加载台外侧，且四个内弹性梁在加载台外侧均匀排布，所述外弹性梁设有八个，八个所述外弹性梁每两个一组分别通过柔性铰链连接在四个内弹性梁的另一端，四个所述外弹性梁与内弹性梁相互垂直，所述固定台设有四个，四个所述固定台呈圆周均匀分布，且分别位于相邻的两个外弹性梁之间，四个所述固定台的两端分别通过柔性铰链与其相邻的外弹性梁相连，四个所述内弹性梁上均开有一号双目形通孔，四个所述外弹性梁上均开设二号双目形通孔，所述加载台上开有四个沿圆周方向均匀分布的螺纹孔一，四个所述固定台上均开有两个螺纹孔二，且固定台上的螺纹孔二对称布置，所述加载台上的螺纹孔一和固定台上的螺纹孔二均用于传感器与机械臂或末端待测设备的连接，二十四个所述应变片每四个组成一组惠斯通全桥，共组成六组惠斯通全桥分别用于六维力信息测量。

进一步地，所述加载台、固定台、内弹性梁、外弹性梁以及柔性铰链共同构成本传感器的一体式弹性体结构，且一体式弹性体结通过一块铝合金材料进行一体加工而成，所述加载台位于弹性体结构中心处。