CN209802546U - 一种大量程三维力传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种大量程三维力传感器，其结构包括主体上基座、主体下基座、电阻应变片、输出接头、弹性体、加强梁，是一种可以同时测量三个方向上的力的分量的传感器，同时具备测量较大受力的能力，大量程三维力传感器通过弹性体的结构设计与电阻应变片的合理贴片布局来实现传感器输出的稳定性，并且通过设计加强梁扩大了量程，主要用于机器人制造、自动化设备、智能控制自动控制设备、智能机器、材料检测设备、材料受力状态分析、零部件工作过程受力分析等场合。

Description

一种大量程三维力传感器

技术领域

本实用新型属于传感器领域，尤其涉及一种能检测待测物体三个方向力的分量的传感器。

背景技术

应变式三维力传感器测力信息丰富，能检测空间三维力(Fx、Fy、Fz)。随着工业自动化进程的加快及普及，高精度加工设备、机械手、机器人等自动化机械设备发展也是日益迅速，而这些设备的发展对于多维力传感器的需求也是日益增多，此产品适用于机器人制造、自动化设备、智能控制自动控制设备、智能机器、材料检测设备、材料受力状态分析、零部件工作过程受力分析等场合。对于应变式三维力传感器的研究器核心问题是传感器弹性体的设计，关于三维力传感器的研究，已形成多种专利技术。

然而，现有的技术方案普遍存在结构复杂、加工难度大、生产成本高、传感器的精度不高、传感器维间力相互窜扰等技术缺陷。

发明内容

本实用新型为解决现有设备存在的上述问题，设计了一种大量程三维力传感器，其结构包括主体上基座、主体下基座、电阻应变片组、输出接头、弹性体、加强梁；所述主体上基座有与被测物体连接的连接结构，其两端有与所述主体下基座连接的销孔；所述主体下基座两边有与所述主体上基座契合的凹槽，所述凹槽底部有贯穿的销孔，所述主体下基座中部有凹陷，所述电阻应变片组包括电阻应变片组X、电阻应变片组Y、电阻应变片组Z,所述电阻应变片组X、电阻应变片组Y装于所述凹陷的四壁；所述主体上基座为条状，其中部两边有通孔，所述电阻应变片组Z装于所述通孔内；所述输出接头连接所述电阻应变片组，并装于所述主体下基座一边上，所述凹陷、通孔内为弹性体；所述加强梁为所述主体下基座上表面的上下两条边的向内T状突起；

较佳的，所述主体上基座、主体下基座通过内六角螺钉和定位销配合紧固，定位销与下基座过盈配合，与上基座孔位保持0.02-0.03mm的径向间隙；

较佳的，电阻应变片组X、电阻应变片组Y、电阻应变片组Z各有4个。

较佳的，4个电阻应变片组X装于所述凹陷的左右侧壁，每个侧壁各两个，4个电阻应变片组Y装于所述凹陷的上下侧壁，每个侧壁各两个，4个电阻应变片组Z装于所述通孔的上下侧壁，每个通孔各两个；

较佳的，所述主体下基座四周有若干轴向贯穿的孔，这里轴向是和销孔方向相同。

较佳的，所述加强梁为片状，所述电阻应变片X、电阻应变片Y均位于所述加强梁下方，该方位是以所述凹陷底部为下，以所述主体下基座上表面为上。

较佳的，所述加强梁将所述凹陷隔成两个C形。

本实用新型具有结构简单、成本低、精度高、测量范围广、量程大、使用寿命长、安装方便等优点，是一种具有高精度、高可靠性的传感器，且结构相对简洁，成本较低，相较现有产品、技术具有一定的优势。

附图说明

图1为本实用新型第一视角示意图。

图2为本实用新型A-A剖视图。

图3位本实用新型B-B剖视图。

图4位本实用新型整体结构示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1-图4所示，其结构包括主体上基座1、主体下基座2、电阻应变片组、输出接头3、弹性体、加强梁11；所述主体上基座1上表面中间有与被测物体连接的螺孔，其两端有与所述主体下基座2连接的销孔；所述主体下基座2两边有与所述主体上基座1契合的凹槽，所述凹槽底部有贯穿的销孔，所述主体下基座2中部有凹陷，所述电阻应变片组包括电阻应变片组X6、电阻应变片组Y5、电阻应变片组Z7,所述电阻应变片组X6、电阻应变片组Y5装于所述凹陷的四壁；所述主体上基座1为条状，其中部两边有通孔10，所述电阻应变片组Z7装于所述通孔10内；所述输出接头3连接所述电阻应变片组，并装于所述主体下基座2一边上，所述凹陷、通孔10内为弹性体；所述加强梁11为所述主体下基座2上表面的上下两条边的向内T状突起；

更为具体的，所述主体上基座1、主体下基座2通过内六角螺钉4和定位销8配合紧固，定位销8与下基座过盈配合，与上基座孔位保持0.02-0.03mm的径向间隙，所述六角螺钉4位于所述定位销8两边；

更为具体的，电阻应变片组X6、电阻应变片组Y5、电阻应变片组Z7各有4个。

更为具体的，按图1的位置关系，4个电阻应变片组X6均匀装于所述凹陷的左右侧壁，每个侧壁各两个，4个电阻应变片组Y5均匀装于所述凹陷的上下侧壁，每个侧壁各两个；按图2的位置关系，4个电阻应变片组Z7均匀装于所述通孔10的上下侧壁，每个通孔10各两个；

更为具体的，所述主体下基座2四周有若干轴向贯穿的孔9，这里轴向是和销孔方向相同；

更为具体的，所述加强梁11为片状，所述电阻应变片X、电阻应变片Y均位于所述加强梁下方，该方位是以所述凹陷底部为下，以所述主体下基座上表面为上；

更为具体的，所述加强梁11将所述凹陷隔成两个C形，且所述加强梁11各边与所述主体下基座2的内侧壁的距离为1mm-5mm，能保障其在受较大力时的承受能力。

本大量程三维力传感器长宽均为120mm厚度为30mm，主体材料采用航空铝合金7075 T651，具有强度高、抗腐蚀性能强、机械性能好，传感器能在恶劣条件下工作，结构方面易于实现小型化、整体化和品种多样化；本实用新型由上下基座双层结构组成，上下基座通过内六角螺钉和定位销配合紧固，定位销与下基座过盈配合，与上基座孔位保持0.02-0.03mm的径向间隙，传感器未发生过载时，保护销不与保护销上孔接触；当发生过载时，保护销与保护销上孔接触并阻止传感器本体继续变形而发生破坏，为增大量程设计了增加了加强梁。被测物体通过螺钉固定在传感器主体上基座上，当被测物体受力，主体上基座和下基座应变梁就会受力弹性变形，使应变梁产生应变量，粘贴在应变梁上的电阻应变片将被测物体的受力大小由弹性应变量转化为电阻变化，在通过惠斯顿电桥电路将电阻变化转化为电压输出，通过显示仪表将得到电压输出，最后经过数据分析处理生成被测物体受力的大小和方向，上基座电阻应变片组Z用于测量Z向受力，下基座电阻应变片组X用于测量X向受力，下基座电阻应变片组Y用于测量Y向受力，与普通三维力传感器不同的是本实用新型通过加入加强梁和加大规格，提升了产品在受较大力时的承受能力，使产品能满足大量程的要求。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种大量程三维力传感器，其特征在于：包括主体上基座、主体下基座、电阻应变片组、输出接头、弹性体、加强梁；所述主体上基座有与被测物体连接的连接结构，其两端有与所述主体下基座连接的销孔；所述主体下基座两边有与所述主体上基座契合的凹槽，所述凹槽底部有贯穿的销孔，所述主体下基座中部有凹陷，所述电阻应变片组包括电阻应变片组X、电阻应变片组Y、电阻应变片组Z,所述电阻应变片组X、电阻应变片组Y装于所述凹陷的四壁；所述主体上基座为条状，其中部两边有通孔，所述电阻应变片组Z装于所述通孔内；所述输出接头连接所述电阻应变片组，并装于所述主体下基座一边上，所述凹陷、通孔内为弹性体；所述加强梁为所述主体下基座上表面的上下两条边的向内T状突起。

2.根据权利要求1所述大量程三维力传感器，其特征在于：所述主体上基座、主体下基座通过内六角螺钉和定位销配合紧固，定位销与下基座过盈配合，与上基座孔位保持0.02-0.03mm的径向间隙。

3.根据权利要求1所述大量程三维力传感器，其特征在于：电阻应变片组X、电阻应变片组Y、电阻应变片组Z各有4个。

4.根据权利要求3所述大量程三维力传感器，其特征在于：4个电阻应变片组X装于所述凹陷的左右侧壁，每个侧壁各两个，4个电阻应变片组Y装于所述凹陷的上下侧壁，每个侧壁各两个，4个电阻应变片组Z装于所述通孔的上下侧壁，每个通孔各两个。

5.根据权利要求1所述大量程三维力传感器，其特征在于：所述主体下基座四周有若干轴向贯穿的孔。

6.根据权利要求1所述大量程三维力传感器，其特征在于：所述加强梁为片状，所述电阻应变片X、电阻应变片Y均位于所述加强梁下方，该方位是以所述凹陷底部为下，以所述主体下基座上表面为上。

7.根据权利要求6所述大量程三维力传感器，其特征在于：所述加强梁将所述凹陷隔成两个C形。