[发明专利]一种基于石英振梁的六轴力传感器敏感结构

说明书

本发明公开了一种基于石英振梁的六轴力传感器敏感结构，包括外环、外环固定螺纹、侧梁、应变梁、内环、内环固定螺纹和石英振梁芯片，石英振梁芯片是一种谐振式力或位移敏感芯片，当其受到拉伸或压缩作用时，其谐振频率发生变化，并且谐振频率的变化量与拉伸或压缩量成正比。发明由于采用石英振梁芯片对应变梁的弯曲变形进行测量，极大地提高了传感器的灵敏度，在此基础上，可以有效的提高弹性体的设计刚度，减小了传感器的受力变形，为六轴力传感器在机器人领域的应用提供更好的位置精度和适用性。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，特别涉及一种基于石英振梁的六轴力传感 器敏感结构。

背景技术

六轴力传感器是机器人末端力控制的核心器件，其性能对机器人的力控 效果至关重要。目前主流的应变片式六轴力传感器采用十字梁结构，通过应 变片检测弹性梁的弯曲形变，采用解耦算法计算出三个方向的力和力矩大小。

由于应变片性能的制约，目前的六轴力传感器的敏感范围均只覆盖4-5 个数量级，在末端夹具等的重力影响下，实际的敏感范围范围十分有限。同 时，为了增大输出响应，应变片式六轴力传感器的自身刚度设计值都比较小， 一方面使其自身的形变都比较大，另一方面受到过载冲击时，容易发生结构 破坏。

发明内容

本发明公开了一种基于石英振梁的六轴力传感器敏感结构。本发明采用 石英振梁芯片作为敏感元件，测量弹性梁的弯曲变形，通过解耦算法，计算 出六个方向的受力大小。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种基于石英振梁的六轴力传感器敏感结构，包括外环、外环固定螺纹、 侧梁、应变梁、内环、内环固定螺纹和石英振梁芯片，所述外环上间隔均匀 的开设有若干个外环固定螺纹，所述内环上间隔均匀的开设有若干个内环固 定螺纹，所述内环与外环之间通过三个或三个以上的应变梁进行连接，并在 其中至少三个应变梁上布置石英振梁芯片，所述石英振梁芯片的两端采用粘 接或焊接的方法，分别固定于应变梁的两端。

作为本发明的一种优选技术方案，每个所述应变梁的四个面上均固定设 置有豁槽。

作为本发明的一种优选技术方案，所述石英振梁芯片的中轴线与应变梁 的中轴线重合。

作为本发明的一种优选技术方案，所述石英振梁芯片通过金丝焊接、导 电胶粘接和软钎焊等方式与外围测绘电路进行连接。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：在小应变测量方面，石英 振梁芯片具有极高的检测精度和检测范围；其对拉伸或压缩应变的测量范围 可以覆盖1*10^-11至5*10^-4，比应变片的敏感高三到四个数量级；量程范围内非 线性小，有利于传感器的标定；石英为晶体材料，其抗疲劳特性优于金属、 单晶硅或聚酰亚胺等材料，具有可靠地长期稳定性。

本发明由于采用石英振梁芯片对应变梁的弯曲变形进行测量，极大地提 高了传感器的灵敏度，在此基础上，可以有效的提高弹性体的设计刚度，为 六轴力传感器在机器人领域的应用提供更好的位置精度和适用性。

附图说明

图1为本发明一种基于石英振梁的六轴力传感器敏感结构的弹性体结构 示意图；

图2为本发明一种基于石英振梁的六轴力传感器敏感结构实施例1的示 意图；

图3为本发明一种基于石英振梁的六轴力传感器敏感结构石英振梁芯片 分布剖视示意图；

图4为本发明一种基于石英振梁的六轴力传感器敏感结构石英振梁芯片 另一种分布剖视示意图；

图5为本发明一种基于石英振梁的六轴力传感器敏感结构实施例2的示 意图；