CN106768522B - 一种六维力传感器弹性体 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种六维力传感器弹性体，其特征是包括中心台、径向梁、周向梁和周向支撑；径向梁均匀分布在中心台的周边，径向梁的一端与中心台的周边固联，另一端与周向梁呈“T”型连接；在径向梁上设有通孔，使应力集中于通孔两侧；周向梁和周向支撑均匀分布在中心台的***；并且周向梁与周向支撑一一间隔设置，周向支撑的两端分别与相邻的两个周向梁的端部固定连接，使周向梁和周向支撑连接呈环状体。本发明用于实现六维力传感器在结构上解耦，能提高传感器灵敏度，并保证传感器刚度。

Description

一种六维力传感器弹性体

技术领域

本发明属于传感器技术领域，更具体地说是可用于测量空间六维力的传感器弹性体构件。

背景技术

多维力传感器是机器人获得与环境之间作用力的重要信息来源。目前已有多方面的多维力传感器的研究，如美国DraPer研究所研制的Waston多维力传感器，中科院合肥智能所和东南大学联合研制的SAFMS型多维力传感器，基于Stewart平台的多维力传感器，黄心汉教授研究的HUST FS6型多维力传感器，德国的Dr.R.Seitner公司设计的二级并联结构型六维力传感器等等。国内外对多维力传感器做了大量的研究，所设计的多维力传感器多种多样，各有不同的优缺点及应用场合，但多维力传感器的解耦、刚度与灵敏度的矛盾等问题还需得到进一步的研究。

发明内容

本发明是为解决上述现有技术问题，提供一种六维力传感器弹性体，用于实现六维力传感器在结构上解耦，且在提高传感器灵敏度的同时保证传感器的刚度。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案:

本发明六维力传感器弹性体的结构特点是：包括中心台、径向梁、周向梁和周向支撑；所述径向梁均匀分布在中心台的周边，径向梁的一端与中心台的周边固联，另一端与周向梁呈“T”型连接，所述周向梁为“T”型的顶部横担，径向梁为“T”型的竖杆段；在所述径向梁上设有通孔，使应力集中于通孔两侧；所述周向梁和周向支撑均匀分布在中心台的***；并且周向梁与周向支撑一一间隔设置，周向支撑的两端分别与相邻的两个周向梁的端部固定连接，使所述周向梁和周向支撑连接呈环状体；令：所述中心台以及由周向梁和周向支撑连接成的环状体呈水平状态。

本发明六维力传感器弹性体的结构特点也在于：所述径向梁、周向梁和周向支撑的数量相等，均为三个或均为四个。

本发明六维力传感器弹性体的结构特点也在于：在所述周向梁上设有通孔，使应力集中于通孔两侧。

本发明六维力传感器弹性体的结构特点也在于：所述周向梁上的通孔是两个竖直方向上的第一通孔，两个第一通孔在周向梁的两端对称设置。

本发明六维力传感器弹性体的结构特点也在于：

所述径向梁上的通孔为：在径向梁的一端设置第二通孔，另一端设置双通孔；

所述径向梁上的通孔或为：在径向梁靠近周向梁的一端设置第三通孔，靠近中心台的一端设置第四通孔，在径向梁的中部设置第二通孔；

所述径向梁上的通孔或为：在径向梁靠近周向梁的一端设置第二通孔，靠近中心台的一端设置第五通孔，在径向梁的中部设置双通孔；

本发明六维力传感器弹性体的结构特点也在于：所述第二通孔和第五通孔是贯穿径向梁上表面和下表面的竖向通孔；所述第三通孔、第四通孔和双通孔是贯穿径向梁两侧面的水平通孔；所述双通孔指两只在水平面中并列的通孔，且相互连通。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明实现了结构解耦。针对本发明中弹性体的结构形式，可以在径向梁和周向梁的不同位置上粘贴电阻应变片，根据力传感器原理，运用惠斯通全桥电路，实现六维力测量，并能有效避免维间力的相互干扰。

2、本发明能获得较高的检测灵敏度，各径向梁和周向梁上开设的通孔，使应变集中在所测区域。

3、本发明中周向梁与径向梁之间的“T”型设置获得了良好的刚度，有效提高了传感器结构的动态性能。

4、本发明弹性体可整体加工，减少重复性误差，其结构简单，易于加工。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明另一实施方式结构示意图；

图3为本发明又一实施方式结构示意图；

图中标号：1中心台；2径向梁；3周向梁；4周向支撑；5第二通孔；6双通孔；7第一通孔；8第三通孔；9第四通孔；10第五通孔。

具体实施方式

参见图1、图2和图3，本实施例中六维力传感器弹性体的结构形式是：包括中心台1、径向梁2、周向梁3和周向支撑4。

径向梁2均匀分布在中心台1的周边，径向梁2的一端与中心台1的周边固联，另一端与周向梁3呈“T”型连接，周向梁3为“T”型的顶部横担，径向梁2为“T”型的竖杆段；在径向梁2上设有通孔，使应力集中于通孔两侧。

周向梁3和周向支撑4均匀分布在中心台1的***；并且周向梁3与周向支撑4一一间隔设置，周向支撑4的两端分别与相邻的两个周向梁3的端部固定连接，使周向梁3和周向支撑4连接呈环状体。

本实施例中，令：中心台1以及由周向梁3和周向支撑4连接成的环状体呈水平状态。

径向梁2、周向梁3和周向支撑4的数量相等，均为三个或均为如图1所示的四个，各径向梁2的结构特性均相同，各周向梁3的结构特性均相同。

本实施例中在周向梁3上设有通孔，使应力集中于通孔两侧，具体实施中，周向梁3上的通孔是两个竖直方向上的第一通孔7，两个第一通孔7在周向梁3的两端对称设置。

本实施例中给出径向梁2上的通孔如下三种不同的布置形式：

图1所示为，在径向梁2的一端设置第二通孔5，另一端设置双通孔6。

图2所示为，在径向梁2靠近周向梁3的一端设置第三通孔8，靠近中心台的一端设置第四通孔9，在径向梁2的中部设置第二通孔5。

图3所示为，径向梁2上的通孔或为：在径向梁2靠近周向梁3的一端设置第二通孔5，靠近中心台1的一端设置第五通孔10，在径向梁2的中部设置双通孔6。

如图1、图2和图3所示的第二通孔5和第五通孔10是贯穿径向梁上表面和下表面的竖向通孔；第三通孔8、第四通孔9和双通孔6是贯穿径向梁两侧面的水平通孔；双通孔6指两只在水平面中并列的通孔，且相互连通。

考虑到所测区域的大小以及应变集中，第一通孔7、第二通孔5、第五通孔10可以是一只圆柱孔、一只椭圆柱孔或一只腰型柱孔，或者是两只在竖直面中并列的圆柱通孔相互连通形成的竖向双通孔；第三通孔8和第四通孔9可以是一只圆柱孔、一只椭圆柱孔或一只腰型柱孔，或者是两只在水平面中并列的圆柱通孔相互连通形成的水平双通孔。

Claims (6)

1.一种六维力传感器弹性体，其特征是包括中心台(1)、径向梁(2)、周向梁(3)和周向支撑(4)；所述径向梁(2)均匀分布在中心台(1)的周边，径向梁(2)的一端与中心台(1)的周边固联，另一端与周向梁(3)呈“T”型连接，所述周向梁(3)为“T”型的顶部横担，径向梁(2)为“T”型的竖杆段；在所述径向梁(2)上设有通孔，使应力集中于通孔两侧；所述周向梁(3)和周向支撑(4)均匀分布在中心台(1)的***；并且周向梁(3)与周向支撑(4)一一间隔设置，周向支撑(4)的两端分别与相邻的两个周向梁(3)的端部固定连接，使所述周向梁(3)和周向支撑(4)连接呈环状体；令：所述中心台(1)以及由周向梁(3)和周向支撑(4)连接成的环状体呈水平状态。

2.根据权利要求1所述的六维力传感器弹性体，其特征是：所述径向梁(2)、周向梁(3)和周向支撑(4)的数量相等，均为三个或均为四个。

3.根据权利要求1所述的六维力传感器弹性体，其特征是：在所述周向梁(3)上设有通孔，使应力集中于通孔两侧。

4.根据权利要求3所述的六维力传感器弹性体，其特征是：所述周向梁(3)上的通孔是两个竖直方向上的第一通孔(7)，两个第一通孔(7)在周向梁(3)的两端对称设置。

5.根据权利要求1所述的六维力传感器弹性体，其特征是：

所述径向梁(2)上的通孔为：在径向梁(2)的一端设置第二通孔(5)，另一端设置双通孔(6)；

所述径向梁(2)上的通孔或为：在径向梁(2)靠近周向梁(3)的一端设置第三通孔(8)，靠近中心台的一端设置第四通孔(9)，在径向梁(2)的中部设置第二通孔(5)；

所述径向梁(2)上的通孔或为：在径向梁(2)靠近周向梁(3)的一端设置第二通孔(5)，靠近中心台(1)的一端设置第五通孔(10)，在径向梁(2)的中部设置双通孔(6)；

6.根据权利要求5所述的六维力传感器弹性体，其特征是：所述第二通孔(5)和第五通孔(10)是贯穿径向梁上表面和下表面的竖向通孔；所述第三通孔(8)、第四通孔(9)和双通孔(6)是贯穿径向梁两侧面的水平通孔；所述双通孔(6)指两只在水平面中并列的通孔，且相互连通。

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