[发明专利]一种八梁结构的六维力传感器

摘要

本发明公开了一种八梁结构的六维力传感器，其特征在于：包括受力圆盘、外壳、基座、弹性梁、插头连接件和插头；所述受力圆盘通过所述螺孔连接施力装置；所述插头连接件安装在所述外壳的外侧面上；所述插头固定在插头连接件上；所述基座的底座凸台安装在所述外壳的内部；所述弹性梁包括圆盘梁体和八个支梁；所述圆盘梁体与所述受力圆盘连接；八个所述支梁上均设有应力集中孔；每一个支梁上应力集中孔中心的两侧上均安装两个应变片；所述弹性梁安装在所述基座上；本发明传感器具有其输出精度高，结构简单紧凑，工艺简单，应变片少，高灵敏度，高解耦精度，便于安装使用等优点。

主权项

1.一种八梁结构的六维力传感器，其特征在于：包括所述受力圆盘(1)、外壳(2)、基座(3)、弹性梁(4)、插头连接件(5)和插头(6)；所述受力圆盘(1)平面中心设有均布在同一圆周上的通孔(101)；所述受力圆盘(1)平面上还设有均布在同一圆周上的螺孔(102)；所述螺孔(102)围绕所述通孔(101)；所述受力圆盘(1)通过所述螺孔(102)连接施力装置；所述外壳(2)为中空的圆柱体；所述外壳(2)侧面上设有插头安装孔I(201)；所述插头连接件(5)为弧形板状；所述插头连接件(5)中部为插头安装孔II(501)；所述插头安装孔II(501)与所述插头安装孔I(201)相对应；所述插头连接件(5)安装在所述外壳(2)的外侧面上；所述插头(6)插入所述插头安装孔II(501)和所述插头安装孔I(201)内，固定在所述插头连接件(5)上；所述基座(3)包括圆盘底座(301)和设于所述圆盘底座(301)平面上的底座凸台(302)；所述底座凸台(302)为圆环形；所述底座凸台(302)的内部安装有电路板；所述底座凸台(302)的环形平面上设有均布在同一圆周上的弹性梁安装孔(3022)；所述基座(3)的底座凸台(302)安装在所述外壳(2)的内部；所述弹性梁(4)包括圆盘梁体(41)和八个支梁(42)；所述圆盘梁体(41)平面上设有均布在同一圆周上的受力圆盘连接孔(411)；所述受力圆盘连接孔(411)与所述通孔(101)相对应；所述圆盘梁体(41)通过所述受力圆盘连接孔(411)与所述受力圆盘(1)连接；八个所述支梁(42)呈辐射状布置在所述圆盘梁体(41)上，且每个支梁(42)中心线之间的夹角为45°；将八个所述支梁(42)分别记为第一支梁、第二支梁、第三支梁、第四支梁、第五支梁、第六支梁、第七支梁和第八支梁。以所述圆盘梁体(41)的平面中心建立右手笛卡尔坐标系，其中，记z轴的方向为垂直于所述圆盘梁体(41)的平面向上，记x轴的方向为平行于所述圆盘梁体(41)的平面向右，记y轴的方向为平行于所述圆盘梁体(41)的平面向前，记所述第一支梁的中心线位于y轴上，其余七个所述支梁(42)按顺时针依次为第二支梁、第三支梁、第四支梁、第五支梁、第六支梁、第七支梁和第八支梁；八个所述支梁(42)上均设有应力集中孔(421)；所述第一支梁、第三支梁、第五支梁和第七支梁的应力集中孔(421)开口方向平行于z轴；所述第二支梁、第四支梁、第六支梁和第八支梁的应力集中孔(421)开口方向垂直于z轴；八个所述支梁(42)上均安装有应变片(422)；每一个支梁(42)上位于应力集中孔(421)中心的两侧均安装一个应变片(422)；八个所述支梁(42)上均设有定位孔(423)；所述定位孔(423)与所述弹性梁安装孔(3022)相对应；所述弹性梁(4)通过所述定位孔(423)安装在所述基座(3)上；在测量时，所述基座(3)固定在测量物体上，所述施力装置对所述受力圆盘(1)施力；所述受力圆盘(1)受力之后使所述弹性梁(4)发生形变；所述应变片(422)上的电阻发生改变；所述电路板将电阻信号转换成电压信号并放大后，在所述插头(6)处将信号引出，向外输出测量信号；当F_x作用在传感器上时，所述第一支梁和第五支梁上产生大小、方向均相同的应变，记为F_x＝f₁+f₅；   (式一)当F_y作用在传感器上时，所述第三支梁和第七支梁上产生大小、方向均相同的应变，记为F_y＝f₃+f₇；   (式二)当F_z作用在传感器上时，所述第二支梁、第四支梁、第六支梁和第八支梁上产生大小、方向均相同的应变，记为F_z＝f₂+f₄+f₆+f₈；   (式三)将每个所述支梁(42)上应力集中孔(421)中心到所述圆盘梁体(41)中心的距离为记为L；当M_x作用在传感器上时，所述第四支梁、第六支梁与所述第二支梁、第八支梁上产生方向反向的应变，记为M_x＝[f₂+f₈‑(f₄+f₆)]L cos 45°；   (式四)当M_y作用在传感器上时，所述第二支梁、第四支梁与所述第六支梁上、第八支梁产生方向反向的应变，记为M_y＝[f₈+f₆‑(f₄+f₂)]L cos 45°；   (式五)当Mz作用在传感器上时，所述第一支梁、第三支梁、第五支梁和第七支梁产生方向相同的应变，记为M_z＝[f₁+f₇‑(f₃+f₅)]L；   (式六)所述式一中：F_x为传感器受到的六维力在x方向上的力；f₁为第一支梁所受应变；f₅为第五支梁所受应变；所述式二中：F_y为传感器受到的六维力在y方向上的力；f₃为第三支梁所受应变；f₇为第七支梁所受应变；所述式三中：F_z为传感器受到的六维力在z方向上的力；f₂为第二支梁所受应变；f₄为第四支梁所受应变；f₆为第六支梁所受应变；f₈为第八支梁所受应变；所述式四中：M_x为传感器受到的六维力在x方向上的力矩；所述式五中：M_y为传感器受到的六维力在y方向上的力矩；所述式六中：M_z为传感器受到的六维力在z方向上的力矩。