CN112414606A

CN112414606A - 测力传感器弹性体、测力传感器和具有其的运动控制设备

Info

Publication number: CN112414606A
Application number: CN202011155436.XA
Authority: CN
Inventors: 刘白露; 周丹; 黄伟才; 王拓
Original assignee: Gree Electric Appliances Inc of Zhuhai
Current assignee: Gree Electric Appliances Inc of Zhuhai
Priority date: 2020-10-26
Filing date: 2020-10-26
Publication date: 2021-02-26

Abstract

本申请提供一种测力传感器弹性体、测力传感器和具有其的运动控制设备，包括应变梁；应变梁包括依次连接的第一段、第二段和第三段；第二段为环形段；第一段和第三段均与环形段的外周壁连接；第一段与第三段相对设置。根据本申请的测力传感器弹性体、测力传感器和具有其的运动控制设备，结构简单、便于加工，且灵敏度高，承载力强。

Description

测力传感器弹性体、测力传感器和具有其的运动控制设备

技术领域

本申请属于传感器设计技术领域，具体涉及一种测力传感器弹性体、测力传感器和具有其的运动控制设备。

背景技术

目前，多维力矩传感器指的是一种能够同时测量两个方向以上力及力矩分量的力传感器。多维力矩传感器最完整的形式是六维力/力矩传感器，其广泛用于机器人、航空航天、汽车制造、生物医学等行业。多维力矩传感器分为电阻应变式、电容式、压电式和光学式等几类。其中电阻应变式应用最为广泛与成熟。电阻应变式多维力矩传感器力敏感原理是应变片的应变电阻效应，当外力施加在对力敏感的弹性元件上时，弹性体发生变形，从而引起贴在弹性元件上的应变片发生变形，并将受到的力以相应量的电阻阻值的变化输出，最后通过转化电路把电阻的变化转化成电压的变化用于后期的检测和处理。

但是，现有技术中的多维力传感器弹性体结构采用十字梁式和基于并联机构的stewart平台式结构居多。十字梁结构传感器的弹性体采用十字结构，在十字梁结构两侧粘贴应变片进行力的测量，stewart平台式结构是通过推杆连接上下平台，推杆上有转动副，这些结构均结构和加工工艺复杂、价格较高；而一些结构简单的弹性体结构的灵敏度低，承载力低，不能满足使用要求。

因此，如何提供一种结构简单、便于加工，且灵敏度高，承载力强的测力传感器弹性体、测力传感器和具有其的运动控制设备为本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

因此，本申请要解决的技术问题在于提供一种测力传感器弹性体、测力传感器和具有其的运动控制设备，结构简单、便于加工，且灵敏度高，承载力强。

为了解决上述问题，本申请提供一种测力传感器弹性体，包括应变梁；应变梁包括依次连接的第一段、第二段、第三段；第二段为环形段；第一段和第三段均与环形段的外周壁连接；第一段与第三段相对设置。

优选地，环形段的横截面为矩形或椭圆形。

优选地，测力传感器弹性体包括支撑环，应变梁与支撑环连接。

优选地，支撑环包括第一支撑环；第一段具有相对设置的第一端部和第二端部；第一端部与环形段的外周壁连接；第二端部与第一支撑环连接；

和/或，支撑环包括第二支撑环；第二段具有相对设置的第三端部和第四端部；第三端部与环形段的外周壁连接；第四端部与第二支撑环连接。

优选地，当支撑环包括第一支撑环时，第二端部与第一支撑环的第一端面连接；

和/或，当支撑环包括第二支撑环时，第四端部与第二支撑环的第一端面连接；

和/或，当支撑环包括第一支撑环和第二支撑环时，第一支撑环与第二支撑环的结构相同；第一支撑环的中心轴线与第二支撑环的中心轴线重合。

优选地，应变梁的数量设置为多个；多个应变梁围绕支撑环的中心轴线周向设置。

优选地，应变梁包括相对设置的第一应变梁和第三应变梁；

和/或，应变梁包括相对设置的第二应变梁和第四应变梁。

优选地，环形段的内表面包括粘贴区，粘贴区朝向第一段；粘贴区用于粘贴第一应变片和第二应变片；

和/或，环形段具有第一外侧面和第一内侧面；在环形段的周向上，第一外侧面和第一内侧面位置相对应；第一外侧面用于粘贴第三应变片；第一内侧面用于粘贴第四应变片；

和/或，环形段具有第二外侧面和第二内侧面；在环形段的周向上，第二外侧面和第二内侧面位置相对应；第二外侧面用于粘贴第五应变片；第二内侧面用于粘贴第六应变片；

和/或，第三段具有相对设置的第一侧面和第二侧面；第一侧面用于粘贴第七应变片；第二侧面用于粘贴第八应变片。

根据本申请的再一方面，提供了一种测力传感器，包括测力传感器弹性体，测力传感器弹性体为上述的测力传感器弹性体。

优选地，测力传感器还包括壳体；壳体包括筒状结构；应变梁设置于壳体内，且应变梁的延伸方向与筒状结构的中心轴线方向一致。

优选地，筒状结构的第一端具有第一开口；筒状结构的第二端具有第二开口；壳体包括第一端盖和第二端盖；第一端盖盖设于第一开口处；第二端盖盖设于第二开口处；第一端盖与第一支撑环连接；

和/或，筒状结构上开设有出线口；

和/或，第一端盖上设置有施力孔；

和/或，第二端盖上设置有轴向延伸部，轴向延伸部与第二支撑环连接；

和/或，测力传感器用于测六维力和力矩。

根据本申请的再一方面，提供了一种运动控制设备，包括测力传感器，测力传感器为上述的测力传感器。

本申请提供的测力传感器弹性体、测力传感器和具有其的运动控制设备，结构简单、便于加工，且灵敏度高，承载力强。

附图说明

图1为本申请实施例的测力传感器弹性体的结构示意图；

图2为本申请实施例的测力传感器弹性体的结构示意图；

图3为本申请实施例的测力传感器的结构示意图；

图4为本申请实施例的测力传感器的安装结构示意图；

图5为本申请实施例的测力传感器弹性体的横截面结构示意图；

图6为本申请实施例的第一应变梁的结构示意图；

图7为本申请实施例的第二应变梁的结构示意图；

图8为本申请实施例的第三应变梁的结构示意图；

图9为本申请实施例的第四应变梁的结构示意图。

附图标记表示为：

1、第一段；2、环形段；3、第三段；41、第一支撑环；42、第二支撑环；43、第一安装孔；51、筒状结构；511、出线口；52、第一端盖；521、第二安装孔；522、施力孔；53、第二端盖；531、连接孔；532、第三安装孔；6、连接插头；71、第一应变片；72、第二应变片；73、第三应变片；74、第四应变片；75、第五应变片；76、第六应变片；77、第七应变片；78、第八应变片。

具体实施方式

结合参见图1所示，根据本申请的实施例，一种测力传感器弹性体，包括应变梁；应变梁包括依次连接的第一段1、第二段、第三段3；第二段为环形段2；第一段1和第三段3均与环形段2的外周壁连接；第一段1与第三段3相对设置，其采用上述结构，使得结构简单、便于加工，且可以使得变形更好的传递，灵敏度高，承载力强。

进一步地，环形段2的横截面为矩形或椭圆形；环形段2为“中”字形结构，便于粘贴应变片。

进一步地，测力传感器弹性体包括支撑环，应变梁与支撑环连接。

进一步地，支撑环包括第一支撑环41；第一段1具有相对设置的第一端部和第二端部；第一端部与环形段2的外周壁连接；第二端部与第一支撑环41连接；

支撑环包括第二支撑环42；第二段具有相对设置的第三端部和第四端部；第三端部与环形段2的外周壁连接；第四端部与第二支撑环42连接。

进一步地，当支撑环包括第一支撑环41时，第二端部与第一支撑环41的第一端面连接；

当支撑环包括第二支撑环42时，第四端部与第二支撑环42的第一端面连接；

当支撑环包括第一支撑环41和第二支撑环42时，第一支撑环41与第二支撑环42的结构相同；第一支撑环41的中心轴线与第二支撑环42的中心轴线重合，第四端部与第二支撑环42的第一端面连接，第二端部与第一支撑环41连接使得弹性体与支撑环形成了侧面为镂空的筒形梁结构，筒形梁结构更加便于施力和测量。

进一步地，应变梁的数量设置为多个；多个应变梁围绕支撑环的中心轴线周向设置。

进一步地，应变梁包括相对设置的第一应变梁和第三应变梁。

应变梁包括相对设置的第二应变梁和第四应变梁。

结合参见图2所示，本申请还公开了一些实施例，环形段2的内表面包括粘贴区，粘贴区朝向第一段1；粘贴区用于粘贴第一应变片71和第二应变片72。

环形段2具有第一外侧面和第一内侧面；在环形段2的周向上，第一外侧面和第一内侧面位置相对应；第一外侧面用于粘贴第三应变片73；第一内侧面用于粘贴第四应变片74。环形段2具有第一端面和第二端面，外侧面为外周壁上，内侧面在内周壁上。

环形段2具有第二外侧面和第二内侧面；在环形段2的周向上，第二外侧面和第二内侧面位置相对应；第二外侧面用于粘贴第五应变片75；第二内侧面用于粘贴第六应变片76。第一外侧面和第一内侧面均与第一段1的延伸方向一致；第二外侧面和第二内侧面均与第一段1的延伸方向一致。

第三段3具有相对设置的第一侧面和第二侧面；第一侧面用于粘贴第七应变片77；第二侧面用于粘贴第八应变片78，第一侧面与第一外侧面平行；第二侧面与第二外侧面平行。

结合参见图5-9所示，本申请还公开了一些实施例，第一应变梁的第一段1为第一上轴向梁；第一应变梁的第二段为第一环形梁；第一应变梁的第三段3为第一下轴向梁，第一下轴向梁的两侧面分别贴有第七应变片77为R1和第八应变片78为R5；第一环形梁的第一外侧面粘贴有第三应变片73为R14；第一环形梁的第一内侧面粘贴有第四应变片74为R13；第一环形梁的第二外侧面粘贴有第五应变片75为R9；第一环形梁的第二内侧面粘贴有第六应变片76为R10，第一环形梁的粘贴区分别粘贴有的第一应变片71为R11和第二应变片72为R12。

第二应变梁的第一段1为第二上轴向梁；第二应变梁的第二段为第二环形梁；第二应变梁的第三段3为第二下轴向梁，第二下轴向梁的两侧面分别贴的第七应变片77为R2和第八应变片78为R6；第二环形梁的第一外侧面粘贴有第三应变片73为R20；第二环形梁的第一内侧面粘贴有第四应变片74为R19；第二环形梁的第二外侧面粘贴有第五应变片75为R15；第二环形梁的第二内侧面粘贴第六应变片76为R16，第二环形梁的粘贴区分别粘贴的第一应变片71为R17和第二应变片72为R18。

第三应变梁的第一段1为第三上轴向梁；第三应变梁的第二段为第三环形梁；第三应变梁的第三段3为第三下轴向梁，第三下轴向梁的两侧面分别贴的第七应变片77为R3和第八应变片78为R7；第三环形梁的第一外侧面分别粘贴的第三应变片73为R26；第三环形梁的第一内侧面粘贴的第四应变片74为R25；第三环形梁的第二外侧面粘贴的第五应变片75为R21；第三环形梁的第二内侧面粘贴的第六应变片76为R22，第三环形梁的粘贴区分别粘贴的第一应变片71为R23和第二应变片72为R24。

第四应变梁的第一段1为第四上轴向梁；第四应变梁的第二段为第四环形梁；第四应变梁的第三段3为第四下轴向梁，第四下轴向梁的两侧面分别贴的第七应变片77为R4和第八应变片78为R8；第四环形梁的第一外侧面粘贴有第三应变片73为R32；第四环形梁的第一内侧面粘贴有第四应变片74为R31；第四环形梁的第二外侧面粘贴有第五应变片75为R27；第四环形梁的第二内侧面粘贴有第六应变片76为R28，第四环形梁的粘贴区分别粘贴的第一应变片71为R29和第二应变片72为R30。

外侧面指的是环环形梁的外表面上的一部分；外侧面在环形梁上的延伸方向与整个应变梁的延伸方向一致；内侧面指的是环形梁的内表面上的一部分，内侧面在环形梁上的延伸方向与整个应变梁的延伸方向一致。轴向梁的两侧面的延伸方向也与整个应变梁的延伸方向一致。

应变片R1、R3、R5、R7组成一个惠斯通全桥电路，用于测量Fx，应变片R2、R4、R6、R8组成一个惠斯通全桥电路，用于测量Fy，应变片R9、R10、R13、R14、R21、R22、R25、R26组成一个惠斯通全桥电路，用于测量Fz，应变片R15、R16、R19、R20、R27、R28、R31、R32组成一个惠斯通全桥电路，用于测量Mx，应变片R11、R12、R23、R24组成一个惠斯通全桥电路，用于测量My，R17、R18、R29、R30组成一个惠斯通全桥电路，用于测量Mz。

结合参见图3-4所示，本申请还公开了一些实施例，根据本申请实施例，提供了一种测力传感器，包括测力传感器弹性体，测力传感器弹性体为上述的测力传感器弹性体。

进一步地，测力传感器还包括壳体；壳体包括筒状结构51；应变梁设置于壳体内，且应变梁的延伸方向与筒状结构51的中心轴线方向一致。

进一步地，筒状结构51的第一端具有第一开口；筒状结构51的第二端具有第二开口；壳体包括第一端盖52和第二端盖53；第一端盖52盖设于第一开口处；第二端盖53盖设于第二开口处；第一端盖52与第一支撑环41连接。

筒状结构51上开设有出线口511；出线口511处安装有连接插头6，筒状结构51上设置有螺接孔，连接插头6上对应也设置有螺接孔，两个螺接孔可通过螺钉连接。

第一端盖52上设置有施力孔522，施力孔522为螺纹孔，用于传感器施力，连接插头6结构为弧形结构，其与筒状结构51可以更好的贴合，便于安装。

第二端盖53上设置有轴向延伸部，轴向延伸部与第二支撑环42连接。

测力传感器用于测六维力和力矩，测力传感器的材料可使用铝合金或者不锈钢。

第一端盖52上设置有围绕壳体中心轴线的周向设置的第二安装孔521；第一支撑环41上设置有第一安装孔43；第二安装孔521和第一安装孔43可以采用螺钉连接。施力孔522位于第二安装孔521的内周侧；第一支撑环41上的第一安装孔43围绕其中心轴线周向设置。

第二支撑环42上也设置有第一安装孔43，第二端盖53的底部设置有第三安装孔532，第三安装孔532与第二支撑环42上的第一安装孔43可以通过螺纹连接；第二支撑环42上的第一安装孔43围绕其中心轴线周向设置。

轴向延伸部为环形延伸部，其围绕筒状结构51的中心轴向周向延伸，其上设置有连接孔531，筒状结构51上设置有与其对应的连接孔531，这两个连接孔531可以通过螺钉连接。

根据本申请实施例，提供了一种运动控制设备，包括测力传感器，测力传感器为上述的测力传感器。运动控制设备可以为机器人。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。以上仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本申请的保护范围。

Claims

1.一种测力传感器弹性体，其特征在于，包括应变梁；所述应变梁包括依次连接的第一段(1)、第二段、第三段(3)；所述第二段为环形段(2)；所述第一段(1)和所述第三段(3)均与所述环形段(2)的外周壁连接；所述第一段(1)与所述第三段(3)相对设置。

2.根据权利要求1中所述的测力传感器弹性体，其特征在于，所述环形段(2)的横截面为矩形或椭圆形。

3.根据权利要求1中所述的测力传感器弹性体，其特征在于，所述测力传感器弹性体包括支撑环，所述应变梁与所述支撑环连接。

4.根据权利要求3中所述的测力传感器弹性体，其特征在于，所述支撑环包括第一支撑环(41)；所述第一段(1)具有相对设置的第一端部和第二端部；所述第一端部与所述环形段(2)的外周壁连接；所述第二端部与所述第一支撑环(41)连接；

和/或，所述支撑环包括第二支撑环(42)；所述第二段具有相对设置的第三端部和第四端部；所述第三端部与所述环形段(2)的外周壁连接；所述第四端部与所述第二支撑环(42)连接。

5.根据权利要求4中所述的测力传感器弹性体，其特征在于，当所述支撑环包括第一支撑环(41)时，所述第二端部与所述第一支撑环(41)的第一端面连接；

和/或，当所述支撑环包括第二支撑环(42)时，所述第四端部与所述第二支撑环(42)的第一端面连接；

和/或，当所述支撑环包括第一支撑环(41)和第二支撑环(42)时，所述第一支撑环(41)与所述第二支撑环(42)的结构相同；所述第一支撑环(41)的中心轴线与所述第二支撑环(42)的中心轴线重合。

6.根据权利要求3中所述的测力传感器弹性体，其特征在于，所述应变梁的数量设置为多个；多个所述应变梁围绕所述支撑环的中心轴线周向设置。

7.根据权利要求1中所述的测力传感器弹性体，其特征在于，所述应变梁包括相对设置的第一应变梁和第三应变梁；

和/或，所述应变梁包括相对设置的第二应变梁和第四应变梁。

8.根据权利要求1中所述的测力传感器弹性体，其特征在于，所述环形段(2)的内表面包括粘贴区，所述粘贴区朝向所述第一段(1)；所述粘贴区用于粘贴第一应变片(71)和第二应变片(72)；

和/或，所述环形段(2)具有第一外侧面和第一内侧面；在所述环形段(2)的周向上，所述第一外侧面和所述第一内侧面位置相对应；所述第一外侧面用于粘贴第三应变片(73)；所述第一内侧面用于粘贴第四应变片(74)；

和/或，所述环形段(2)具有第二外侧面和第二内侧面；在所述环形段(2)的周向上，所述第二外侧面和所述第二内侧面位置相对应；所述第二外侧面用于粘贴第五应变片(75)；所述第二内侧面用于粘贴第六应变片(76)；

和/或，所述第三段(3)具有相对设置的第一侧面和第二侧面；所述第一侧面用于粘贴第七应变片(77)；所述第二侧面用于粘贴第八应变片(78)。

9.一种测力传感器，包括测力传感器弹性体，其特征在于，所述测力传感器弹性体为权利要求1-8中任一项所述的测力传感器弹性体。

10.根据权利要求9中所述的测力传感器，其特征在于，所述测力传感器还包括壳体；所述壳体包括筒状结构(51)；所述应变梁设置于所述壳体内，且所述应变梁的延伸方向与所述筒状结构(51)的中心轴线方向一致。

11.根据权利要求10中所述的测力传感器，其特征在于，所述筒状结构(51)的第一端具有第一开口；所述筒状结构(51)的第二端具有第二开口；所述壳体包括第一端盖(52)和第二端盖(53)；所述第一端盖(52)盖设于所述第一开口处；所述第二端盖(53)盖设于所述第二开口处；所述第一端盖(52)与第一支撑环(41)连接；

和/或，所述筒状结构(51)上开设有出线口(511)；

和/或，所述第一端盖(52)上设置有施力孔(522)；

和/或，所述第二端盖(53)上设置有轴向延伸部，所述轴向延伸部与所述第二支撑环(42)连接；

和/或，所述测力传感器用于测六维力和力矩。

12.一种运动控制设备，包括测力传感器，其特征在于，所述测力传感器为上述权利要求9-11中任一项所述的测力传感器。