本實(shí)用新型屬于傳感器測試技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種大量程高精度的三維力矩傳感器。

背景技術(shù)：

在工程技術(shù)上，常常把直接作用于器件，同時(shí)能按一定規(guī)律將被測量轉(zhuǎn)換成同種或別種量值輸出的器件稱之為傳感器。隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，傳感器技術(shù)已成為高新科技的核心技術(shù)之一，在測量、控制及信息技術(shù)等領(lǐng)域?qū)鞲衅鞯囊笤絹碓礁?，然而傳感器的量程和靈敏度一直以來是相互矛盾的，量程大則靈敏度變低，量程小則靈敏度高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本實(shí)用新型的目的是提供一種電磁補(bǔ)償式三維力矩傳感器。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下：

一種電磁補(bǔ)償式三維力矩傳感器，包括測量平臺、傳感器、外殼體、電磁鐵、吸盤、底座、內(nèi)殼體、接口，所述外殼體固定位于所述底座上，所述外殼體的內(nèi)部設(shè)有所述內(nèi)殼體，所述電磁鐵位于所述外殼體上，所述傳感器位于所述內(nèi)殼體的內(nèi)部并與所述內(nèi)殼體進(jìn)行連接，所述傳感器的底端固定位于所述底座上，所述吸盤位于所述內(nèi)殼體上，所述接口設(shè)在所述外殼體的外壁上，所述測量平臺位于所述內(nèi)殼體上部并與所述內(nèi)殼體進(jìn)行連接。

所述電磁鐵包括第一組電磁鐵、第二組電磁鐵、第三組電磁鐵、第四組電磁鐵，所述第一組電磁鐵、第二組電磁鐵、第三組電磁鐵、第四組電磁鐵分別穿過所述外殼體四個(gè)面所設(shè)的電磁鐵安裝孔，并且所述第一組電磁鐵、第二組電磁鐵、第三組電磁鐵、第四組電磁鐵的部分被所述外殼體四個(gè)面所設(shè)的電磁鐵安裝孔夾緊。

所述吸盤包括第一組吸盤、第二組吸盤、第三組吸盤、第四組吸盤，所述第一組吸盤、第二組吸盤、第三組吸盤、第四組吸盤分別位于所述內(nèi)殼體四個(gè)面所設(shè)的吸盤安裝孔中。

所述吸盤包括一個(gè)圓形基座及設(shè)在圓形基座上的凸臺，所述凸臺鑲嵌在內(nèi)殼體四個(gè)面所設(shè)的吸盤安裝孔中。

所述吸盤通過膠粘的方式固定于內(nèi)殼體上。

所述內(nèi)殼體是由前后左右四個(gè)面圍成的中空結(jié)構(gòu)，所述內(nèi)殼體的上面有延伸的部分結(jié)構(gòu)，所述部分結(jié)構(gòu)上設(shè)有用于連接內(nèi)殼體與傳感器定位時(shí)的定位銷孔、內(nèi)殼體安裝時(shí)所用的若干第一螺孔、用于連接測量平臺與內(nèi)殼體的若干第二螺孔，所述第一螺孔和所述第二螺孔在所述部分結(jié)構(gòu)沿圓周方向均布，所述內(nèi)殼體四個(gè)面上設(shè)有若干個(gè)吸盤安裝孔，所述內(nèi)殼體的一個(gè)面上設(shè)有用于穿過傳感器的導(dǎo)線的第一過線孔。

所述外殼體是由前后左右四個(gè)面圍成的中空結(jié)構(gòu)，四個(gè)面上均設(shè)有用于安裝所述電磁鐵的電磁鐵安裝孔，所述電磁鐵安裝孔邊上設(shè)有薄片，每個(gè)電磁鐵安裝孔都設(shè)有對應(yīng)的用于安裝鎖緊螺釘?shù)碾姶盆F鎖緊螺釘安裝孔，所述外殼體的外壁上設(shè)有接口安裝孔，用于將接口安裝在外殼體上，所述外殼體四個(gè)面上都設(shè)有第二過線孔。

所述傳感器為三維力矩傳感器。

所述測量平臺、傳感器、外殼體、底座、內(nèi)殼體、接口的材質(zhì)均為非鐵磁性物質(zhì)。

所述吸盤、所述電磁鐵的材質(zhì)為鐵磁性材料。

由于采用上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

本實(shí)用新型的裝置可以在保持三維力矩傳感器靈敏度不降低的情況下顯著增大力矩傳感器的量程，可以通過電磁補(bǔ)償?shù)姆绞綄⒁粋€(gè)小量程，但靈敏度高的三維力矩傳感器變成一個(gè)兼?zhèn)潇`敏度和大量程的傳感器，且整體結(jié)構(gòu)緊湊。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例電磁補(bǔ)償式三維力矩傳感器的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例電磁補(bǔ)償式三維力矩傳感器的局部剖切示意圖。

圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例電磁補(bǔ)償式三維力矩傳感器的部分結(jié)構(gòu)爆炸示意圖。

圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例電磁補(bǔ)償式三維力矩傳感器的整體結(jié)構(gòu)主視圖。

圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例電磁補(bǔ)償式三維力矩傳感器的電磁鐵如何工作產(chǎn)生力矩以及電磁鐵的配合工作方式的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為內(nèi)殼體的三維結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7為外殼體的三維結(jié)構(gòu)示意圖。

其中：1為測量平臺、2為傳感器、3為外殼體、4為電磁鐵、5為吸盤、6為底座、7為內(nèi)殼體、8為接口、41為第一組電磁鐵、42為第二組電磁鐵、43為第三組電磁鐵、44為第四組電磁鐵、51為第一組吸盤、52為第二組吸盤、53為第三組吸盤、54為第四組吸盤、411為第一組第一個(gè)電磁鐵、412為第一組第二個(gè)電磁鐵、413為第一組第三個(gè)電磁鐵、414為第一組第四個(gè)電磁鐵、421為第二組第一個(gè)電磁鐵、422為第二組第二個(gè)電磁鐵、521為第二組第一個(gè)吸盤、522為第二組第二個(gè)吸盤、431為第三組第一個(gè)電磁鐵、432為第三組第二個(gè)電磁鐵、433為第三組第三個(gè)電磁鐵、434為第三組第四個(gè)電磁鐵、441為第四組第一個(gè)電磁鐵、442為第四組第二個(gè)電磁鐵、71為定位銷孔、72為第一螺孔、73為吸盤安裝孔、74為第一過線孔、75為第二螺孔、31為電磁鐵安裝孔、32為薄片、33為電磁鐵鎖緊螺釘安裝孔、34為接口安裝孔、35為第二過線孔。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖所示實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

實(shí)施例1

一種電磁補(bǔ)償式三維力矩傳感器，包括測量平臺1、傳感器2、外殼體3、電磁鐵4、吸盤5、底座6、內(nèi)殼體7、接口8，所述外殼體3固定位于所述底座6上，所述外殼體3的內(nèi)部設(shè)有所述內(nèi)殼體7，所述電磁鐵4位于所述外殼體3上，所述傳感器2位于所述內(nèi)殼體7的內(nèi)部并與所述內(nèi)殼體7進(jìn)行連接，所述傳感器2的底端固定位于所述底座6上，所述吸盤5位于所述內(nèi)殼體7上，所述接口8設(shè)在所述外殼體3的外壁上，所述測量平臺1位于所述內(nèi)殼體7上部并與所述內(nèi)殼體7進(jìn)行連接。

所述電磁鐵4包括第一組電磁鐵41、第二組電磁鐵42、第三組電磁鐵43、第四組電磁鐵44，所述第一組電磁鐵41、第二組電磁鐵42、第三組電磁鐵43、第四組電磁鐵44分別穿過所述外殼體3四個(gè)面所設(shè)的電磁鐵安裝孔31，并且所述第一組電磁鐵41、第二組電磁鐵42、第三組電磁鐵43、第四組電磁鐵44的部分被所述外殼體3四個(gè)面所設(shè)的電磁鐵安裝孔31夾緊。

所述吸盤5包括第一組吸盤51、第二組吸盤52、第三組吸盤53、第四組吸盤54，所述第一組吸盤51、第二組吸盤52、第三組吸盤53、第四組吸盤54分別位于所述內(nèi)殼體7四個(gè)面所設(shè)的吸盤安裝孔73中。

所述吸盤5包括一個(gè)圓形基座及設(shè)在圓形基座上的凸臺，所述凸臺鑲嵌在內(nèi)殼體7四個(gè)面所設(shè)的吸盤安裝孔73中，所述吸盤5通過膠粘的方式固定于內(nèi)殼體7上。

所述內(nèi)殼體7(結(jié)構(gòu)如圖6所示，圖6為內(nèi)殼體的三維結(jié)構(gòu)示意圖。)是由前后左右四個(gè)面圍成的中空結(jié)構(gòu)，所述內(nèi)殼體7的上面有延伸的部分結(jié)構(gòu)，所述部分結(jié)構(gòu)上設(shè)有用于連接內(nèi)殼體7與傳感器2定位時(shí)的定位銷孔71、內(nèi)殼體7安裝時(shí)所用的若干第一螺孔72、用于連接測量平臺1與內(nèi)殼體7的若干第二螺孔75，所述第一螺孔72和所述第二螺孔75在所述部分結(jié)構(gòu)沿圓周方向均布，所述內(nèi)殼體7四個(gè)面上設(shè)有若干個(gè)吸盤安裝孔73，所述內(nèi)殼體7的一個(gè)面上設(shè)有用于穿過傳感器2的導(dǎo)線的第一過線孔74。

所述外殼體3(結(jié)構(gòu)如圖7所示，圖7為外殼體的三維結(jié)構(gòu)示意圖。)是由前后左右四個(gè)面圍成的中空結(jié)構(gòu)，四個(gè)面上均設(shè)有用于安裝所述電磁鐵4的電磁鐵安裝孔31，所述電磁鐵安裝孔31邊上設(shè)有薄片32，每個(gè)電磁鐵安裝孔31都設(shè)有對應(yīng)的用于安裝鎖緊螺釘?shù)碾姶盆F鎖緊螺釘安裝孔33，所述外殼體3的外壁上設(shè)有接口安裝孔34，用于將接口8安裝在外殼體3上，所述接口安裝孔34位置無特殊要求，所述外殼體3四個(gè)面上都設(shè)有第二過線孔35，用于穿過相應(yīng)壁上電磁鐵的導(dǎo)線。安裝時(shí)將電磁鐵4塞入電磁鐵安裝孔31中，此時(shí)電磁鐵4的位置確定，擰緊鎖緊螺釘，鎖緊螺釘將薄片32壓緊在電磁鐵4上，從而抱緊電磁鐵4，電磁鐵4即可通過摩擦被固定在外殼體3上。如需對電磁鐵4進(jìn)行拆卸時(shí)，只需將螺釘沿反方向移動(dòng)即可。

所述傳感器2為三維力矩傳感器。

為了提高通過電磁鐵所施加力矩的準(zhǔn)確性，所述測量平臺1、傳感器2、外殼體3、底座6、內(nèi)殼體7、接口8的材質(zhì)均為非鐵磁性物質(zhì)。

所述吸盤5、所述電磁鐵4的材質(zhì)為鐵磁性材料。

電磁補(bǔ)償式三維力矩傳感器結(jié)構(gòu)如圖1～4所示。圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例電磁補(bǔ)償式三維力矩傳感器的整體結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例電磁補(bǔ)償式三維力矩傳感器的局部剖切示意圖，圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例電磁補(bǔ)償式三維力矩傳感器的部分結(jié)構(gòu)爆炸示意圖，圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例電磁補(bǔ)償式三維力矩傳感器的整體結(jié)構(gòu)主視圖。高靈敏度三維力矩傳感器2通過螺釘安裝在底座6上，內(nèi)殼體7與高靈敏度三維力矩傳感器2通過螺釘連接，內(nèi)殼體7安裝在三維力矩傳感器2上，內(nèi)殼體7的上表面要高于外殼體3的上表面。外殼體3通過螺釘連接安裝在底座6上，安裝在內(nèi)殼體7上的測量平臺1下表面要高于外殼體3的上表面，即外殼體3的上表面和測量平臺1的下表面有一定的間隙，并且安裝在三維力矩傳感2上的內(nèi)殼體7和底座6留有一定的間隙，為本實(shí)用新型電磁補(bǔ)償式三維力矩傳感器工作時(shí)發(fā)生的形變留位置。測量平臺1通過螺釘安裝在內(nèi)殼體7上，被測量的力矩通過測量平臺1加載到高靈敏度三維力矩傳感器2。外殼體3通過螺釘與底座6固定，用于安裝電磁鐵4。12個(gè)電磁鐵4通過鎖緊螺釘將加工在外殼體3上的薄片32壓緊在電磁鐵4上，通過摩擦力將電磁鐵4固定在外殼體3上。電磁鐵4穿過外殼體3，有一個(gè)端面靠近但不接觸吸盤5，電磁鐵4和吸盤5之間留有一定的間隙。12個(gè)吸盤5通過膠粘的方式固定在內(nèi)殼體7相應(yīng)的位置上。

外殼體3的四個(gè)側(cè)面中有兩個(gè)側(cè)面各自安裝有第一組電磁鐵41和第三組電磁鐵43，第一組電磁鐵41和第三組電磁鐵43均有四個(gè)，另外兩個(gè)側(cè)面上各自安裝有第二組電磁鐵42和第四組電磁鐵44，第二組電磁鐵42和第四組電磁鐵44均有兩個(gè)，一共有12個(gè)電磁鐵。每個(gè)電磁鐵都對應(yīng)有一個(gè)吸盤5安裝在內(nèi)殼體和電磁鐵相對應(yīng)的位置上。電磁鐵只能向吸盤施加吸力，并不能向吸盤施加斥力。接口8開設(shè)的位置沒有特殊的要求，只要在外殼體3的側(cè)面上有足夠的位置。測量平臺1要稍高于外殼體3的上邊緣，因?yàn)樵诠ぷ鲿r(shí)三維力矩傳感器中彈性體要發(fā)生細(xì)微變形，會(huì)導(dǎo)致測量平臺1發(fā)生細(xì)微的傾斜或位移，因此外殼體3不能頂著測量平臺1。

高靈敏度三維力矩傳感器2靈敏度高、剛度較小，所以測量范圍有限。若一個(gè)較大的力矩直接施加在高靈敏度三維力矩傳感器2上會(huì)使其發(fā)生嚴(yán)重的變形甚至發(fā)生破壞。本實(shí)用新型電磁補(bǔ)償式三維力矩傳感器可以通過電磁鐵4產(chǎn)生與外力矩方向相反的力矩，從而抵消加載在傳感器上的外力矩，最終使得高靈敏度三維力矩傳感2所承受的合力矩為0，此時(shí)通過電磁鐵4作用在內(nèi)殼體7上的力矩和待測量的外力矩大小一樣方向相反。通過這種方式可以大大增大高靈敏度三維力矩傳感器2的量程而保持其靈敏度不變。

具體的，如圖5所示，圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例電磁補(bǔ)償式三維力矩傳感器的電磁鐵如何工作產(chǎn)生力矩以及電磁鐵的配合工作方式的結(jié)構(gòu)示意圖。通過12個(gè)電磁鐵中的2個(gè)進(jìn)行相互配合可以產(chǎn)生正X方向、負(fù)X方向、正Y方向、負(fù)Y方向、正Z方向、負(fù)Z方向一共六個(gè)方向的力矩，其他的方向則可以通過上述六個(gè)方向中的若干方向的力矩合成，通過控制電磁鐵4對吸盤5的吸力就可以控制力矩的大小，因此通過12個(gè)電磁鐵4可以產(chǎn)生任意方向和大小的力矩。參考圖5左下角處的坐標(biāo)系，以Y方向的力矩為例。若第二組第一個(gè)電磁鐵421和第四組第二個(gè)電磁鐵442同時(shí)以相同大小的吸力去吸相對應(yīng)的吸盤，由于作用力的方向相反因此作用在內(nèi)殼體上的合力為0，但是由于第二組第一個(gè)電磁鐵421作用于第二組第一個(gè)吸盤521上的吸力和第四組第二個(gè)電磁鐵442作用在相對應(yīng)吸盤上的吸力方向平行但不共線，通過右手螺旋定則可以得知，此時(shí)在內(nèi)殼體7上施加了一個(gè)正Y方向的力矩。同理若讓第二組第二個(gè)電磁鐵422作用于第二組第二個(gè)吸盤522上的吸力和第四組第一個(gè)電磁鐵441作用在相對應(yīng)吸盤上的吸力大小相等，就在內(nèi)殼體上施加了一個(gè)負(fù)Y方向的力矩。根據(jù)不同的電磁鐵組合來負(fù)責(zé)產(chǎn)生不同方向的力矩，將電磁鐵分為三組，分別負(fù)責(zé)X方向力矩、Y方向力矩、Z方向力矩。負(fù)責(zé)X方向的電磁鐵為第三組第四個(gè)電磁鐵434、第三組第二個(gè)電磁鐵432、第一組第四個(gè)電磁鐵414、第一組第二個(gè)電磁鐵412，負(fù)責(zé)Y方向力矩的電磁鐵為第二組第一個(gè)電磁鐵421、第二組第二個(gè)電磁鐵422、第四組第一個(gè)電磁鐵441、第四組第二個(gè)電磁鐵442，負(fù)責(zé)Z方向力矩的電磁鐵為第三組第一個(gè)電磁鐵431、第三組第三個(gè)電磁鐵433、第一組第一個(gè)電磁鐵411、第一組第三個(gè)電磁鐵413。每一組電磁鐵有四個(gè)，其中兩個(gè)負(fù)責(zé)正方向，兩個(gè)負(fù)責(zé)負(fù)方向。具體的，第三組第二個(gè)電磁鐵432和第一組第四個(gè)電磁鐵414負(fù)責(zé)正X方向，第三組第四個(gè)電磁鐵434和第一組第二個(gè)電磁鐵412負(fù)責(zé)負(fù)X方向，第二組第一個(gè)電磁鐵421和第四組第二個(gè)電磁鐵442負(fù)責(zé)正Y方向，第二組第二個(gè)電磁鐵422和第四組第一個(gè)電磁鐵441負(fù)責(zé)負(fù)Y方向，第三組第一個(gè)電磁鐵431和第一組第三個(gè)電磁鐵413負(fù)責(zé)正Z方向，第三組第三個(gè)電磁鐵433和第一組第一個(gè)電磁鐵411負(fù)責(zé)負(fù)Z方向。電磁鐵施加作用力于吸盤上，吸盤粘貼在內(nèi)殼體上從而在內(nèi)殼體上產(chǎn)生力矩，而內(nèi)殼體固定在三維力矩傳感器上并且無其他支撐，因此就將力矩施加在三維力矩傳感器上，從而實(shí)現(xiàn)對三維力矩傳感器進(jìn)行電磁補(bǔ)償。

上述的對實(shí)施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本實(shí)用新型。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本實(shí)用新型不限于這里的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本實(shí)用新型的揭示，不脫離本實(shí)用新型范疇所做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。