一種十字梁式六維力傳感器彈性體的制作方法
【專利摘要】一種十字梁式六維力傳感器彈性體，它涉及一種六維力傳感器彈性體，以解決現(xiàn)有六維力傳感器彈性體存在靈敏度低、維間耦合大的問(wèn)題。四個(gè)內(nèi)梁和四個(gè)過(guò)載保護(hù)梁沿內(nèi)環(huán)的外壁均布交錯(cuò)設(shè)置，四個(gè)外梁設(shè)置在四個(gè)內(nèi)梁的外側(cè)，四個(gè)外梁與四個(gè)內(nèi)梁一一對(duì)應(yīng)設(shè)置，且外梁與其對(duì)應(yīng)的內(nèi)梁固定連接，每個(gè)過(guò)載保護(hù)梁的外側(cè)對(duì)應(yīng)設(shè)置有一個(gè)外環(huán)，相鄰兩個(gè)外環(huán)之間設(shè)置有一個(gè)外梁，外梁的兩端各通過(guò)一個(gè)連接板與外環(huán)固定連接，每個(gè)外環(huán)的上下端面設(shè)有兩個(gè)外環(huán)通孔，內(nèi)環(huán)的上下端面上沿同一圓周均布設(shè)置八個(gè)內(nèi)環(huán)通孔，且每個(gè)內(nèi)環(huán)通孔位于相鄰的外環(huán)與外梁之間，過(guò)載保護(hù)梁通孔和外環(huán)工藝通孔與內(nèi)環(huán)工藝通孔相通。本發(fā)明用于工業(yè)自動(dòng)化、汽車、造船、軍工或機(jī)器人上。
【專利說(shuō)明】一種十字梁式六維力傳感器彈性體
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種六維力傳感器彈性體，具體涉及一種十字梁式六維力傳感器彈性體。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)越來(lái)越多的被應(yīng)用于各種場(chǎng)合，如搬運(yùn)、焊接、裝配等。機(jī)器人技術(shù)的一個(gè)核心問(wèn)題是智能化，六維力傳感器因能同時(shí)感知三維空間中的全力信息，是作為機(jī)器人智能化特征的一個(gè)關(guān)鍵部件。六維力傳感器的核心是彈性體的設(shè)計(jì)，彈性體的結(jié)構(gòu)直接決定著整個(gè)傳感器的靈敏度、剛度、線性度、遲滯、重復(fù)性、固有頻率等性能，是傳感器性能優(yōu)劣的關(guān)鍵。
[0003]目前，六維力傳感器彈性體多為豎梁形式?，F(xiàn)有的豎梁式彈性體存在著靈敏度低、維間耦合大等問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有六維力傳感器彈性體存在靈敏度低、維間耦合大的問(wèn)題，而提供一種十字梁式六維力傳感器彈性體。
[0005]本發(fā)明的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的:
[0006]一種十字梁式六維力傳感器彈性體包括內(nèi)環(huán)、四個(gè)內(nèi)梁、四個(gè)過(guò)載保護(hù)梁、四個(gè)外環(huán)、四個(gè)外梁和八個(gè)連接板，四個(gè)內(nèi)梁和四個(gè)過(guò)載保護(hù)梁沿內(nèi)環(huán)的外壁均布交錯(cuò)設(shè)置，四個(gè)外梁設(shè)置在四個(gè)內(nèi)梁的外側(cè)，四個(gè)外梁與四個(gè)內(nèi)梁一一對(duì)應(yīng)設(shè)置，且外梁與其對(duì)應(yīng)的內(nèi)梁固定連接，每個(gè)過(guò)載保護(hù)梁的外側(cè)對(duì)應(yīng)設(shè)置有一個(gè)外環(huán)，相鄰兩個(gè)外環(huán)之間設(shè)置有一個(gè)外梁，外梁的兩端各通過(guò)一個(gè)連接板與外環(huán)固定連接，每個(gè)外環(huán)的上下端面設(shè)有兩個(gè)外環(huán)通孔，內(nèi)環(huán)的上下端面上沿同一圓周均布設(shè)置八個(gè)內(nèi)環(huán)通孔，且每個(gè)內(nèi)環(huán)通孔位于相鄰的外環(huán)與外梁之間，每個(gè)過(guò)載保護(hù)梁的內(nèi)外端面上設(shè)有一個(gè)過(guò)載保護(hù)梁通孔，內(nèi)環(huán)上設(shè)有與過(guò)載保護(hù)梁通孔相通的內(nèi)環(huán)工藝通孔，每個(gè)外環(huán)上設(shè)有與過(guò)載保護(hù)梁通孔正對(duì)的外環(huán)工藝通孔。
[0007]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0008]一、本發(fā)明采用連接板連接外梁和外環(huán)，當(dāng)作用有垂直于連接板厚度方向的切向力Fx或Fy時(shí)，沿連接板的長(zhǎng)度、高度方向的剛度遠(yuǎn)大于厚度方向的剛度，導(dǎo)致與My或Mx方向的耦合效果小，因此，降低了維間耦合。由于Mz與Fz的作用相對(duì)獨(dú)立，因此它們的耦合效果也較小。通過(guò)增大彈性體的高度可以提高傳感器整體剛度，但會(huì)因此降低Fx、Fy、Mz的靈敏度，為此將內(nèi)梁的高度減小，這樣在增加彈性體整體高度的同時(shí)，保持內(nèi)梁高度不變，既保證了傳感器的靈敏度，低維間耦合，也提高了傳感器的整體剛度。
[0009]二、本發(fā)明X軸上的兩個(gè)內(nèi)梁和外梁相對(duì)于Y軸采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)，Y軸上的兩個(gè)內(nèi)梁和外梁相對(duì)于X軸采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)，這種對(duì)稱結(jié)構(gòu)消除了徑向測(cè)力對(duì)軸向測(cè)力的干擾，提高了傳感器的剛度和動(dòng)態(tài)性能，減小了重復(fù)誤差，保證了傳感器的測(cè)量精度。【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是本發(fā)明的十字梁式六維力傳感器彈性體的整體結(jié)構(gòu)立體圖，圖2是本發(fā)明的十字梁式六維力傳感器彈性體的四分之三部分結(jié)構(gòu)立體圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]【具體實(shí)施方式】一:結(jié)合圖1和圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式包括內(nèi)環(huán)1、四個(gè)內(nèi)梁2、四個(gè)過(guò)載保護(hù)梁3、四個(gè)外環(huán)4、四個(gè)外梁5和八個(gè)連接板6，四個(gè)內(nèi)梁2和四個(gè)過(guò)載保護(hù)梁3沿內(nèi)環(huán)I的外壁均布交錯(cuò)設(shè)置，四個(gè)外梁5設(shè)置在四個(gè)內(nèi)梁2的外側(cè)，四個(gè)外梁5與四個(gè)內(nèi)梁2 —一對(duì)應(yīng)設(shè)置，且外梁5與其對(duì)應(yīng)的內(nèi)梁2固定連接，每個(gè)過(guò)載保護(hù)梁3的外側(cè)對(duì)應(yīng)設(shè)置有一個(gè)外環(huán)4，相鄰兩個(gè)外環(huán)4之間設(shè)置有一個(gè)外梁5，外梁5的兩端各通過(guò)一個(gè)連接板6與外環(huán)4固定連接，每個(gè)外環(huán)4的上下端面設(shè)有兩個(gè)外環(huán)通孔4-1，內(nèi)環(huán)I的上下端面上沿同一圓周均布設(shè)置八個(gè)內(nèi)環(huán)通孔1-1，且每個(gè)內(nèi)環(huán)通孔1-1位于相鄰的外環(huán)4與外梁5之間，每個(gè)過(guò)載保護(hù)梁3的內(nèi)外端面上設(shè)有一個(gè)過(guò)載保護(hù)梁通孔3-1，內(nèi)環(huán)I上設(shè)有與過(guò)載保護(hù)梁通孔3-1相通的內(nèi)環(huán)工藝通孔1-2，每個(gè)外環(huán)4上設(shè)有與過(guò)載保護(hù)梁通孔3-1正對(duì)的外環(huán)工藝通孔4-2。
[0012]【具體實(shí)施方式】二:結(jié)合圖1和圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的四個(gè)內(nèi)梁2和四個(gè)過(guò)載保護(hù)梁3與內(nèi)環(huán)I制成一體。其它組成及連接關(guān)系與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0013]【具體實(shí)施方式】三:結(jié)合圖1和圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的四個(gè)外梁5與四個(gè)內(nèi)梁2制成一體。其它組成及連接關(guān)系與【具體實(shí)施方式】一或二相同。
[0014]【具體實(shí)施方式】四:結(jié)合圖1和圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的四個(gè)外環(huán)4和八個(gè)連接板6與四個(gè)外梁5制成一體。其它組成及連接關(guān)系與【具體實(shí)施方式】三相同。
[0015]【具體實(shí)施方式】五:結(jié)合圖1和圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的每個(gè)外環(huán)4上的兩個(gè)外環(huán)通孔4-1相對(duì)于外環(huán)工藝通孔4-2的軸線對(duì)稱設(shè)置。這樣設(shè)計(jì)可以確保載荷(力或力矩)的傳遞更加均勻。其它組成及連接關(guān)系與【具體實(shí)施方式】一、二或四相同。
[0016]【具體實(shí)施方式】六:結(jié)合圖1和圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的內(nèi)環(huán)工藝通孔1-2的直徑小于過(guò)載保護(hù)梁通孔3-1的直徑，過(guò)載保護(hù)梁通孔3-1的直徑等于或小于外環(huán)工藝通孔4-2的直徑。以便保護(hù)銷與過(guò)載保護(hù)梁通孔3-1形成間隙，進(jìn)而起到過(guò)載保護(hù)作用。其它組成及連接關(guān)系與【具體實(shí)施方式】五相同。
[0017]【具體實(shí)施方式】七:結(jié)合圖1和圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的每個(gè)外梁5與其對(duì)應(yīng)的內(nèi)梁2垂直設(shè)置。這樣便于加工，并使得內(nèi)梁2與外梁5的應(yīng)力分布對(duì)稱，以提高靈敏度。其它組成及連接關(guān)系與【具體實(shí)施方式】六相同。
[0018]【具體實(shí)施方式】八:結(jié)合圖1和圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的內(nèi)環(huán)1、內(nèi)梁2、過(guò)載保護(hù)梁3、外環(huán)4、外梁5和連接板6的材質(zhì)均為硬鋁合金或不銹鋼。其它組成及連接關(guān)系與【具體實(shí)施方式】七相同。
[0019]工作原理:
[0020]⑴、以測(cè)量切向力Fx為例:切向力Fx施加于內(nèi)環(huán)I的上端面，連接板6長(zhǎng)度方向(即連接板6沿內(nèi)環(huán)I圓周方向)剛度大于其厚度方向(即連接板6的內(nèi)外方向)剛度。因此，與Fx方向平行的內(nèi)梁2、外梁5和連接板6均看做剛性梁，與Fx方向垂直的內(nèi)梁2和連接板6均看做柔性梁，與Fx方向垂直的內(nèi)梁2可看成懸臂梁。在內(nèi)梁2上形成應(yīng)變敏感區(qū)域，因此組成應(yīng)變電橋，進(jìn)而可測(cè)出Fx，同理可測(cè)切向力Fy。
[0021](2)、以測(cè)量軸向力Fz為例:軸向力Fz施加于內(nèi)環(huán)I的上端面，通過(guò)內(nèi)梁2傳遞到外梁5上，連接板6高度方向(沿Z軸方向)的剛度大于其厚度方向(即連接板6的內(nèi)外方向)剛度。因此內(nèi)梁2看作剛性梁，連接板6看作柔性梁，而把外梁5看作懸臂梁。軸向力通過(guò)均布的四個(gè)內(nèi)梁2傳遞到外梁5上，外梁5發(fā)生彈性變形，在外梁5上形成應(yīng)變敏感區(qū)域，因此組成應(yīng)變電橋，進(jìn)而可測(cè)出Fz。
[0022]⑶、以測(cè)量彎矩Mx為例:彎矩Mx施加于內(nèi)環(huán)I的上端面。通過(guò)內(nèi)梁2傳遞到外梁5上。連接板6高度方向(沿Z軸方向)剛度大于其厚度方向(即連接板6的內(nèi)外方向)剛度。彎矩Mx通過(guò)均布的四個(gè)內(nèi)梁2及兩個(gè)長(zhǎng)度方向與X軸垂直的外梁5傳遞到長(zhǎng)度方向與X軸平行的外梁5上，這兩個(gè)外梁5發(fā)生彈性變形，在外梁5上形成應(yīng)變敏感區(qū)域，因此組成應(yīng)變電橋，進(jìn)而可測(cè)出Mx，同理可測(cè)My。
[0023](4)、以測(cè)量扭矩Mz為例:扭矩Mz施加于內(nèi)環(huán)I上端面。連接板6長(zhǎng)度方向和高度方向(沿Z軸方向)剛度大于其厚度方向(即連接板6的內(nèi)外方向)剛度。扭矩Mz實(shí)際作用等效于大小相等的一對(duì)力偶，假設(shè)該力偶兩個(gè)作用力的方向平行于X軸，因此長(zhǎng)度方向與X軸方向平行的內(nèi)梁2、外梁5、連接板6均看做剛性梁，而長(zhǎng)度方向與Y軸方向平行的連接板6看做柔性梁，此時(shí)與Y軸方向平行的內(nèi)梁2看成懸臂梁。在內(nèi)梁2上形成應(yīng)變敏感區(qū)域，因此組成應(yīng)變電橋，進(jìn)而可測(cè)出Mz。
【權(quán)利要求】
1.一種十字梁式六維力傳感器彈性體，其特征在于:所述十字梁式六維力傳感器彈性體包括內(nèi)環(huán)(I)、四個(gè)內(nèi)梁(2)、四個(gè)過(guò)載保護(hù)梁(3)、四個(gè)外環(huán)(4)、四個(gè)外梁(5)和八個(gè)連接板(6)，四個(gè)內(nèi)梁(2)和四個(gè)過(guò)載保護(hù)梁(3)沿內(nèi)環(huán)(I)的外壁均布交錯(cuò)設(shè)置，四個(gè)外梁(5)設(shè)置在四個(gè)內(nèi)梁(2)的外側(cè)，四個(gè)外梁(5)與四個(gè)內(nèi)梁(2)—一對(duì)應(yīng)設(shè)置，且外梁(5)與其對(duì)應(yīng)的內(nèi)梁(2)固定連接，每個(gè)過(guò)載保護(hù)梁(3)的外側(cè)對(duì)應(yīng)設(shè)置有一個(gè)外環(huán)(4)，相鄰兩個(gè)外環(huán)(4)之間設(shè)置有一個(gè)外梁(5)，外梁(5)的兩端各通過(guò)一個(gè)連接板(6)與外環(huán)(4)固定連接，每個(gè)外環(huán)(4)的上下端面設(shè)有兩個(gè)外環(huán)通孔(4-1)，內(nèi)環(huán)(I)的上下端面上沿同一圓周均布設(shè)置八個(gè)內(nèi)環(huán)通孔(1-1)，且每個(gè)內(nèi)環(huán)通孔(1-1)位于相鄰的外環(huán)(4)與外梁(5)之間，每個(gè)過(guò)載保護(hù)梁(3)的內(nèi)外端面上設(shè)有一個(gè)過(guò)載保護(hù)梁通孔(3-1)，內(nèi)環(huán)(I)上設(shè)有與過(guò)載保護(hù)梁通孔(3-1)相通的內(nèi)環(huán)工藝通孔(1-2)，每個(gè)外環(huán)(4)上設(shè)有與過(guò)載保護(hù)梁通孔(3-1)正對(duì)的外環(huán)工藝通孔(4-2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種十字梁式六維力傳感器彈性體，其特征在于:四個(gè)內(nèi)梁(2)和四個(gè)過(guò)載保護(hù)梁(3)與內(nèi)環(huán)(I)制成一體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述一種十字梁式六維力傳感器彈性體，其特征在于:四個(gè)外梁(5)與四個(gè)內(nèi)梁(2)制成一體。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種十字梁式六維力傳感器彈性體，其特征在于:四個(gè)外環(huán)(4)和八個(gè)連接板(6)與四個(gè)外梁(5)制成一體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或4所述一種十字梁式六維力傳感器彈性體，其特征在于:每個(gè)外環(huán)(4)上的兩個(gè)外環(huán)通孔(4-1)相對(duì)于外環(huán)工藝通孔(4-2)的軸線對(duì)稱設(shè)置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種十字梁式六維力傳感器彈性體，其特征在于:所述內(nèi)環(huán)工藝通孔(1-2 )的直徑小于過(guò)載保護(hù)梁通孔(3-1)的直徑，過(guò)載保護(hù)梁通孔(3-1)的直徑等于或小于外環(huán)工藝通孔(4-2)的直徑。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述一種十字梁式六維力傳感器彈性體，其特征在于:每個(gè)外梁(5)與其對(duì)應(yīng)的內(nèi)梁(2)垂直設(shè)置。
8.根據(jù)權(quán)利要求8所述一種十字梁式六維力傳感器彈性體，其特征在于:所述內(nèi)環(huán)(I)、內(nèi)梁(2)、過(guò)載保護(hù)梁(3)、外環(huán)(4)、外梁(5)和連接板(6)的材質(zhì)均為硬鋁合金或不銹鋼。
【文檔編號(hào)】G01L5/16GK103528746SQ201310533609
【公開(kāi)日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年11月1日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月1日
【發(fā)明者】劉宏, 孫永軍, 劉伊威, 鄒添, 倪風(fēng)雷, 胡志勇 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)