CN102636300A - 一种多维力传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多维力传感器，它主要由弹性体、上盖及下盖构成。弹性体上贴有应变计，弹性***于上盖和下盖之间，上盖和弹性体接触的地方有上凸台，下盖和弹性体接触的地方有下凸台。弹性体、上盖、下盖三者通过螺钉连接。本发明一种多维力传感器，结构简单紧凑、装配方便，很好地满足了力及其作用点的测量。

Description

一种多维力传感器
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种多维力传感器。
背景技术
多维力传感器在航空航天、汽车、机器人、自动化设备、医疗器械、体育器材等领域都有良好的应用。现有多维力传感器大多较为厚重，在某些对机械结构厚度要求苛刻的领域无法使用。如仿生行走机器人，需在机器人足底安装一个多维力传感器测量机器人在各个姿态下的重心位置，但目前却很难找到厚度尺寸足够薄的多维力传感器，直接影响了该类机器人技术的发展。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提出一种多维力传感器，其结构简单，装配方便。
本发明以如下技术方案解决上述技术问题：
一种多维力传感器，包括弹性体、上盖和下盖；所述弹性体上贴有应变计；所述弹性体、上盖和下盖三者之间通过螺钉连接；所述弹性***于上盖和下盖之间，上盖和弹性体接触的地方有上凸台，下盖和弹性体接触的地方有下凸台。
所述上盖设有上凸台，上盖和弹性体接触于该上凸台。
所述弹性体也可以设有上凸台，上盖和弹性体接触于该上凸台。
所述上盖和弹性体接触之处的上凸台，也可以是一个独立的零件。
所述下盖设有下凸台，下盖和弹性体接触于该下凸台。
所述弹性体也可以设有下凸台，下盖和弹性体接触于该下凸台。
所述下盖和弹性体接触之处的下凸台，也可以是一个独立的零件。
所述弹性体由左部、中部和右部构成，左部和中部通过两条薄壁梁连接，右部和中部通过两条薄壁梁连接，应变计贴于薄壁梁的表面上，每条薄壁梁至少贴有一个应变计。
所述下盖设有一个大凹槽，大凹槽的形状、大小与弹性体相匹配，弹性体安装于大凹槽内。
所述上盖设有电缆走线孔，传感器电缆穿过置于电缆走线孔上的电缆保护套与外部实现连接。
本发明实施例提供的多维力传感器，结构简单紧凑、装配方便。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的一种多维力传感器的总体结构示意图；
图2是本发明提供的一种多维力传感器的弹性体结构示意图；
图3是本发明提供的一种多维力传感器的应变计贴装示意图；
图4是本发明提供的一种多维力传感器的应变计组桥连线图；
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一个实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供的多维力传感器，包括弹性体、上盖和下盖；所述弹性体、上盖和下盖三者之间通过螺钉连接；所述弹性***于上盖和下盖之间，上盖和弹性体接触的地方有上凸台，下盖和弹性体接触的地方有下凸台。所述弹性体由左部、中部和右部构成，左部和中部通过两条薄壁梁连接，右部和中部通过两条薄壁梁连接，应变计贴于薄壁梁的表面上，每条薄壁梁至少贴一个应变计。本发明实施例提供的多维力传感器，结构简单紧凑、装配方便。
当多维力传感器受力时，上盖通过上凸台将力传递到弹性体的中部，下盖通过下凸台将力传递到弹性体的左部和右部，使得弹性体的薄壁梁产生应变，应变计将应变转换成电信号输出。
需要说明的是，所述上盖和弹性体之间的上凸台，设于上盖或设于弹性体或上盖和弹性体上都有凸台或上凸台为独立零件。所述下盖和弹性体之间的下凸台，设于下盖或设于弹性体或下盖和弹性体上都有凸台或下凸台为独立零件。
还需要说明的是，应变计的组桥方式可采用全桥(即每条薄壁梁的上、下两个面各贴两个应变计)、半桥(即薄壁梁上面或下面贴两个应变计)或1/4桥(即每条薄壁梁上贴一个应变计)的组桥方式。
下面结合图1至图4，对本发明的一个优选的实施例进行详细说明。
在一个优选的实施方式中，如图1所示，多维力传感器包括弹性体1、上盖3和下盖2；弹性体1、上盖3和下盖2三者通过螺钉4连接，弹性体1位于上盖3和下盖2之间；弹性体1与上盖3接触的地方有上凸台8，弹性体1与下盖2接触的地方有下凸台11。
优选的，如图1所示，上盖3设有上凸台8、螺钉孔9及电缆走线孔10，传感器电缆6穿过置于电缆走线孔10上的电缆保护套5与外部实现连接。下盖2设有大凹槽7，大凹槽7的形状、大小与弹性体1相匹配，大凹槽7的两端设有与弹性体接触的下凸台11，下盖2还设有螺钉孔12。弹性体1通过螺钉安装于大凹槽7内，弹性体1的中部与上盖的上凸台8接触，弹性体的左部和右部分别与大凹槽两端的下凸台11接触。
如图2所示，弹性体1由左部21、中部22和右部23构成，左部21和中部22通过两条薄壁梁24连接，右部23和中部22通过两条薄壁梁24连接。应变计25贴于弹性体1的四个薄壁梁24上，当弹性体1受力时，应变主要集中在这四个薄壁梁24上。弹性体1两侧边沿位置有数个上接螺钉孔27，两端设置有与下盖2固连的下接螺钉孔28，两端预留有装配孔29。螺钉4穿过螺钉孔9及螺钉孔27实现上盖3与弹性体1的连接，螺钉4穿过螺钉孔12及螺钉孔28实现下盖2与弹性体1的连接。同时，弹性体1还设有走线槽26，用于摆放电线，走线槽26也可根据需要设在上盖3上。
如图4所示，本发明实施例采用半桥形式进行应变计组桥，共由八个应变计组成。电阻R9和R10(可用应变计代替)贴于图3所示的位置或其它刚度大、不变形的位置。应变计25(即R1～R8)分成四组分别粘贴在四个薄壁梁24上，如图3所示。四组应变计R1～R8分别与桥路补偿应变计R9、R10组成图4所示的桥路。如图4所示，当弹性体1受力产生应变时，桥路补偿应变计R9和R10阻值不变化，R1、R2阻值变化ΔR1、ΔR2，转化为电压信号CH1；R3、R4阻值变化ΔR3、ΔR4，转化为电压信号CH2；R5、R6阻值变化ΔR5、ΔR6，转化为电压信号CH3；R7、R8阻值变化ΔR7、ΔR8，转化为电压信号CH4。根据四个电压输出信号CH1、CH2、CH3、CH4，若采用如图4所示的坐标系，则通过如下公式即可计算出Z方向的受力FZ及力的作用点的X、Y坐标。坐标系变换后，则以下公式相应变化。
FZ＝C 1*(CH 1+CH2+CH3+CH4)
X＝C2*(CH1+CH2-CH3-CH4)/(FZ/C1)
Y＝C3*(CH2+CH4-CH1-CH3)/(FZ/C1)
其中，C1、C2、C3是传感器的标定系数，由传感器标定获得。
需要说明的是，对上述公式的计算，可以通过微处理器实现，或者在传感器内部添加特定的电路来实现。
本发明一种多维力传感器，结构简单紧凑、装配方便，很好地满足了力及其作用点的测量。
本发明实施例提供的多维力传感器，具体如下有益效果：
(1)、本发明实施例提供的多维力传感器结构简单紧凑、装配方便、厚度薄，最小厚度可达5毫米。
(2)、本发明实施例提供的多维力传感器，能够同时测量力及力的作用点的坐标。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种多维力传感器，其特征在于，包括弹性体、上盖和下盖；
所述弹性体上贴有应变计；
所述弹性体、上盖和下盖三者之间通过螺钉连接；
所述弹性***于上盖和下盖之间，上盖和弹性体接触的地方有上凸台，下盖和弹性体接触的地方有下凸台。
2.如权利要求1所述的多维力传感器，其特征在于，所述上盖设有上凸台，上盖和弹性体接触于该上凸台。
3.如权利要求1所述的多维力传感器，其特征在于，所述弹性体设有上凸台，上盖和弹性体接触于该上凸台。
4.如权利要求1所述的多维力传感器，其特征在于，所述上盖和弹性体接触之处的上凸台，是一个独立的零件。
5.如权利要求1所述的多维力传感器，其特征在于，所述下盖设有下凸台，下盖和弹性体接触于该下凸台。
6.如权利要求1所述的多维力传感器，其特征在于，所述弹性体设有下凸台，下盖和弹性体接触于该下凸台。
7.如权利要求1所述的多维力传感器，其特征在于，所述下盖和弹性体接触之处的下凸台，是一个独立的零件。
8.如权利要求1所述的多维力传感器，其特征在于，所述弹性体由左部、中部和右部构成，左部和中部通过两条薄壁梁连接，右部和中部通过两条薄壁梁连接，应变计贴于薄壁梁的表面上，每条薄壁梁至少贴有一个应变计。
9.如权利要求1所述的多维力传感器，其特征在于，所述下盖设有一个大凹槽，大凹槽的形状、大小与弹性体相匹配，弹性体安装于大凹槽内。
10.如权利要求1所述的多维力传感器，其特征在于，所述上盖设有电缆走线孔，传感器电缆穿过置于电缆走线孔上的电缆保护套与外部实现连接。
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