本實(shí)用新型涉及一種力傳感器，具體的說(shuō)，是涉及一種適用于需要精確控制絲張力的醫(yī)療器械、機(jī)器人等系統(tǒng)的微型絲張力傳感器。

背景技術(shù)：

以絲驅(qū)動(dòng)、絲傳動(dòng)為基礎(chǔ)的機(jī)電系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于各種機(jī)器人設(shè)備，如：機(jī)械靈巧手、機(jī)械臂、連續(xù)型機(jī)器人、醫(yī)療手術(shù)器械等。其特點(diǎn)是具有較好的柔順性與較高的負(fù)載能力，非常適合小空間下運(yùn)動(dòng)和力的傳遞。此外，絲驅(qū)動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)和力的遠(yuǎn)程傳遞，有助于減小系統(tǒng)中運(yùn)動(dòng)執(zhí)行構(gòu)件的體積和重量。但是，相對(duì)于剛性桿件而言，絲本身具有較大的彈性，容易產(chǎn)生松弛、變形等問(wèn)題，并導(dǎo)致回程間隙，降低控制精度。所以需對(duì)絲在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的張力進(jìn)行有效監(jiān)控。

目前已有的絲張力傳感器的測(cè)量對(duì)象通常為起重機(jī)、電梯的鋼絲繩。此類傳感器內(nèi)部通常采用滑輪組等機(jī)械傳動(dòng)裝置，導(dǎo)致傳感器的體積和重量較大，測(cè)量精度不高，無(wú)法應(yīng)用于機(jī)器人、醫(yī)療手術(shù)器械等小行程、高精度的控制系統(tǒng)。在這些精密控制系統(tǒng)中，絲張力目前只能靠預(yù)緊力來(lái)保證，使用一段時(shí)間后容易失效，無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控、補(bǔ)償。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種體積小、能實(shí)時(shí)精確測(cè)量絲張力的微型絲張力傳感器，實(shí)現(xiàn)為機(jī)器人、醫(yī)療手術(shù)器械等系統(tǒng)提供絲張力實(shí)時(shí)反饋，提高控制精度。

本實(shí)用新型的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種微型絲張力傳感器，包括殼體、傳動(dòng)組件和感應(yīng)元件，所述感應(yīng)元件設(shè)置于所述殼體的基座上表面，所述殼體上設(shè)有用于支撐所述傳動(dòng)組件的具有彈性性能的柔順機(jī)構(gòu)，所述傳動(dòng)組件的底部設(shè)有用于將傳動(dòng)組件受到的力傳遞到感應(yīng)元件的壓力臺(tái)，所述殼體的兩側(cè)分別設(shè)有進(jìn)絲槽和出絲槽，所述傳動(dòng)組件的上部設(shè)有繞絲凹槽，所述繞絲凹槽的頂部設(shè)有用于防止絲脫離的裝配槽。

所述繞絲凹槽的寬度大于絲的直徑，所述裝配槽的直徑小于絲的直徑。

所述傳動(dòng)組件上還設(shè)有用于限制傳動(dòng)組件擺動(dòng)的限位塊。

所述進(jìn)絲槽和出絲槽在同一軸線上。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的技術(shù)方案所帶來(lái)的有益效果是：

1.進(jìn)絲槽和出絲槽的軸線共線，不改變絲的原有運(yùn)動(dòng)方向。

2.通過(guò)傳動(dòng)組件將絲張力轉(zhuǎn)為朝向感應(yīng)元件的壓力，傳動(dòng)組件上安裝有限位塊，防止傳動(dòng)組件運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的前后擺動(dòng)從而干擾或損壞柔順機(jī)構(gòu)，提高了柔順機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性。

3.柔順機(jī)構(gòu)利用彈性結(jié)構(gòu)原理，連接傳動(dòng)組件和殼體的基座，由于柔順機(jī)構(gòu)其本身帶有彈性，可以在完全卸載力后使傳動(dòng)組件回到初始位置，解決了絲張力卸載后電壓不回零的問(wèn)題。

4.繞絲凹槽的寬度略大于絲的直徑，把絲限制在槽內(nèi)運(yùn)動(dòng)，保證了絲的施力方向；在繞絲槽的頂端有裝配槽，其寬度略小于絲的直徑，一方面可以通過(guò)預(yù)擠壓力裝入絲，另一方面防止裝入的絲在運(yùn)動(dòng)中脫離繞絲凹槽，保證測(cè)量的可靠性。

5.本實(shí)用新型傳感器體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)用可靠的特征，可用于醫(yī)療器械、機(jī)器人等系統(tǒng)中絲驅(qū)動(dòng)或絲傳動(dòng)裝置的張力的測(cè)量和控制。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本實(shí)用新型傳動(dòng)組件的部分俯視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本實(shí)用新型傳動(dòng)組件的部分前視結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記：1-殼體 2-傳動(dòng)組件 3-感應(yīng)元件 4-柔順機(jī)構(gòu) 5-壓力臺(tái) 6-進(jìn)絲槽 7-出絲槽 8-限位塊 9-繞絲凹槽 10-裝配槽

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述：

如圖1至圖3所示，一種微型絲張力傳感器，包括殼體1、傳動(dòng)組件2和感應(yīng)元件3，絲在收到拉力后會(huì)帶動(dòng)傳動(dòng)組件2的移動(dòng)，傳動(dòng)組件2上的壓力臺(tái)會(huì)把其受到的力傳送到感應(yīng)元件3上，感應(yīng)元件3為力敏電阻，其阻值隨著力的增大而減小。力敏電阻接在一個(gè)分壓測(cè)量電路中，輸出值為電壓。電壓對(duì)應(yīng)了力敏電阻的阻值，力敏電阻對(duì)應(yīng)了傳動(dòng)組件2受到的壓力，而傳動(dòng)組件2受到的壓力對(duì)應(yīng)了絲的張力(即絲所受的拉力)，從而通過(guò)對(duì)輸出電壓的測(cè)量反映出絲張力的大小。

在殼體1上兩側(cè)各設(shè)有一個(gè)限制走絲方向的槽，即進(jìn)絲槽6和出絲槽7，進(jìn)絲槽6和出絲槽7的軸線共線，不改變絲的原有運(yùn)動(dòng)方向。在傳感器內(nèi)部通過(guò)傳動(dòng)組件2將絲張力轉(zhuǎn)為 朝向感應(yīng)元件3的壓力，為了防止傳動(dòng)組件2運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的前后擺，而干擾或損壞柔順機(jī)構(gòu)4，通過(guò)限位塊8實(shí)現(xiàn)其擺動(dòng)約束。繞絲凹槽9設(shè)置在傳動(dòng)組件的上部，其寬度略大于絲的直徑，把絲限制在槽內(nèi)運(yùn)動(dòng)，保證了絲的施力方向。在繞絲凹槽9的頂端有裝配槽10，其寬度略小于絲的直徑，一方面可以通過(guò)預(yù)擠壓力裝入絲，另一方面防止裝入的絲在運(yùn)動(dòng)中脫離繞絲凹槽，保證測(cè)量的可靠性。

感應(yīng)元件3設(shè)置于殼體1下部的基座上表面，殼體1上設(shè)有柔順機(jī)構(gòu)4，當(dāng)絲張力撤除時(shí)，因?yàn)榻z和殼體1之間存在摩擦力，這部分摩擦力會(huì)導(dǎo)致傳動(dòng)組件2對(duì)感應(yīng)元件3留有微小的殘余壓力導(dǎo)致測(cè)量完成后傳感器不能回零。利用柔順機(jī)構(gòu)4的彈性結(jié)構(gòu)原理，柔順機(jī)構(gòu)4連接傳動(dòng)組件和殼體基座，由于柔順機(jī)構(gòu)其本身帶有彈性，可以在完全卸載力后使傳動(dòng)組件回到初始位置，解決了絲張力卸載后電壓不回零的問(wèn)題。壓力臺(tái)5固定在柔順機(jī)構(gòu)4上，位于傳動(dòng)組件底部，用來(lái)把傳動(dòng)組件2受到的力傳給感應(yīng)元件3，感應(yīng)元件3為力敏電阻，把壓力的變化轉(zhuǎn)換成電阻的變化并在經(jīng)測(cè)量電路轉(zhuǎn)換成電壓的變化。

本實(shí)施例中微型絲張力傳感器整體為3D打印件，材料為光敏樹(shù)脂。安裝傳感器時(shí)，其殼體可以從側(cè)面打開(kāi)裝入待測(cè)絲而不需要將絲從原有驅(qū)動(dòng)/傳動(dòng)裝置中拆除。

當(dāng)待測(cè)的絲受到的拉力(張力)發(fā)生變化時(shí)，會(huì)將受到的拉力傳遞給傳動(dòng)組件2，傳動(dòng)組件2通過(guò)柔順機(jī)構(gòu)4將絲的拉力轉(zhuǎn)化為對(duì)壓力臺(tái)5的壓力。壓力臺(tái)5將受到的壓力傳遞給感應(yīng)元件3。感應(yīng)元件3為力敏電阻，其阻值隨著壓力的增大而減小。力敏電阻接在一個(gè)分壓測(cè)量電路中，測(cè)量輸出電壓值從而反映出絲拉力的大小，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)反映絲線張力狀態(tài)。絲張力撤除后，柔順機(jī)構(gòu)4通過(guò)自身彈性可恢復(fù)原狀，消除殘余力。

該傳感器首次使用前應(yīng)進(jìn)行標(biāo)定，得到絲張力和輸出電壓的對(duì)應(yīng)函數(shù)，使用時(shí)測(cè)量輸出電壓的大小通過(guò)上述獲得的函數(shù)關(guān)系反算出絲張力的大小，實(shí)現(xiàn)測(cè)量。