[发明专利]一种可调量程的电容式三维力传感器

说明书

一种可调量程的电容式三维力传感器，操作简单、具有高分辨力，属于传感器技术领域。本发明包括弹性载体、保护外壳、密封端盖、可动电容极板、固定电容极板、调整垫块、螺柱、差动螺母、刻度盘，弹性载体的中间开槽形成十字槽和十字梁结构，且十字槽交叉坐落于十字梁上，可动电容极板和固定电容极板组成电容传感器，可动电容极板和固定电容极板分别粘接在十字槽和调整垫块上，调整垫块与螺柱固定连接，螺柱外螺纹与差动螺母内螺纹、差动螺母外螺纹与弹性载体内螺纹组成差动螺纹副，旋转刻度盘与差动螺母外部螺纹配合连接；根据固定电容极板与可动电容极板的初始间距，获得传感器测力灵敏度和量程。

技术领域

本发明涉及一种三维力传感器，特别涉及一种可调量程的电容式三维力传感器，属于传感器技术领域。

背景技术

随着机器人行业的快速发展，智能化机器人已收到工业界和学术界的广泛关注。其中，多维力传感器作为智能机器人感知外界环境和接触物体的重要媒介，是智能机器人发展不可缺少的关键部件。目前，根据测量原理，多维力传感器主要分为电阻应变式、压电式、电容式。压电式传感器刚性高、动态特性好，但很难长时间测试静态力，适合于冲击、爆炸等领域；目前，应用最广泛的电阻应变式传感器，具有体积小、安装方便、设计灵活、功能强等优点，但由于自身测试原理，导致刚度和灵敏度无法兼得，动态性较差。随着电容式微位移传感器的发展，其位移分辨率可达纳米级别，基于此制作的力传感器，不仅可测静态力，而且分辨力高、刚度高、动态性好。

目前，多数电容式传感器是固定的量程和灵敏度，如公开号CN201910265925.1“一种变极距型电容式三维力传感器结构”，传感器的量程和灵敏度不可调节。将对机器人感知变化的外界环境和物体产生局限性，若安装个多个传感器成本将大大增加，安装过程复杂，因此有必要研制可调量程和灵敏度的多维力传感器。可调量程和灵敏度的电容式传感器出现的不多，中国专利CN 107063517A“一种基于电容边缘效应的力矩传感器”通过传感器外圈结构调节电容动静极板的初始间距，实现传感器量程和灵敏度的可调节，但该测量装置仅能测量和调节单一方向的扭矩，并且操作复杂、可调性差。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种操作简单、具有高分辨力的可调量程的电容式三维力传感器。

本发明的一种可调量程的电容式三维力传感器，包括弹性载体1、保护外壳2、密封端盖3、可动电容极板4、固定电容极板5、调整垫块6、螺柱7、差动螺母8、刻度盘9，弹性载体1的中间开槽形成十字槽1A和十字梁1B结构，且十字槽1A交叉坐落于十字梁1B上，可动电容极板4和固定电容极板5组成电容传感器，可动电容极板4和固定电容极板5分别粘接在十字槽1A和调整垫块上，调整垫块6与螺柱7固定连接，螺柱7外螺纹与差动螺母8内螺纹、差动螺母8外螺纹与弹性载体1内螺纹组成差动螺纹副，旋转刻度盘与差动螺母8外部螺纹配合连接；

本发明根据固定电容极板5与可动电容极板4的初始间距，获得传感器测力灵敏度和量程，根据四个电容传感器感知到的十字槽1A的变形量，获得轴向力、两个方向的径向力。

作为优选，本发明的弹性载体1呈台阶筒状，凸出端为固定端，则另一端为受力端，整个传感器外部由保护外壳与弹性载体1固定端端部连接，受力端装配密封端盖3保护密封。

作为优选，本发明的弹性载体1呈台阶筒状，两端部均有若干螺纹孔和定位销孔。调整垫块6与弹性载体1十字槽两侧面相配合，抑制调整垫块6转动。

本发明的有益效果，本发明可以调节电容传感器的间距，从而转化为调节三维力传感器的灵敏度和量程，适合于智能机器人感知不同大小的力，而不必更换多个不同量程的传感器，操作简单，而且可以调节电容传感器的间距达到很小，具备高分辨力的特点。

附图说明

图1为本发明电容式三维力传感器的示意图；

图2为弹性载体1的立体结构示意图；

图3为弹性载体1的平面示意图；