本申請(qǐng)涉及六維力傳感器，尤其涉及一種弱耦合柔性鉸鏈六維力傳感器。

背景技術(shù)：

1、力覺傳感器(又可稱力學(xué)傳感器、力傳感器等)，是可將檢測(cè)到的力信號(hào)的大小乃至方向等數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成相關(guān)電信號(hào)以供信息反饋的傳感器。由于空間力學(xué)的特殊性，力傳感器可分為一維至六維，故其完整形態(tài)為六維力傳感器。六維力傳感器(又稱六維力/力矩傳感器、六軸力傳感器、f/t傳感器)能夠同時(shí)檢測(cè)空間六維力信號(hào)即三維力和三維力矩的信息變化，并為高精度動(dòng)作提供精確反饋信息，是力控制和運(yùn)動(dòng)控制的關(guān)鍵部件，廣泛應(yīng)用于人形機(jī)器人，操作機(jī)器人等領(lǐng)域。

2、力傳感器一般主要由力敏元件(即感力元件)、轉(zhuǎn)換元件、電路部分構(gòu)成。力敏元件(即感力元件)，又稱彈性體，常用彈簧、梁、波紋管、膜片等，所用材料多為鋁合金、合金鋼和不銹鋼。轉(zhuǎn)換元件，常用應(yīng)變片，所用材料為各種金屬箔或半導(dǎo)體材料。電路部分，包括有漆包線、pcb板等。六維力傳感器的主要結(jié)構(gòu)大體上無(wú)異，也可粗略分為加載端和固定端。

3、主流產(chǎn)品采用多柔性鉸鏈并聯(lián)的冗余設(shè)計(jì)，24-32通道來測(cè)量6個(gè)維度的力，由于各自由度之間存在強(qiáng)耦合，整體精度普遍在量程的百分之一，遠(yuǎn)小于單個(gè)力傳感器量程千分之一的精度。另外，冗余太多，計(jì)算量大，難于用在實(shí)時(shí)性要求高的場(chǎng)合。

4、力傳感其中，普遍采用的是片式柔性鉸鏈，變形主要有彎曲、拉伸和扭轉(zhuǎn)。其中拉伸與橫截面有關(guān)，是所有變形里剛度最大的。要想獲得靈敏的拉伸，截面積需要很小，導(dǎo)致傳感器強(qiáng)度低，量程小，過載能力也小。

5、扭轉(zhuǎn)變形需要應(yīng)變片呈45°角貼，貼片困難，主要用于純扭轉(zhuǎn)的測(cè)試。六維力傳感器是拉彎扭組合，還要與其他拉彎傳感器配合，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

6、在先技術(shù)提出了正交柔性鉸鏈方案，大幅降低了自由度之間的耦合度，仍然需要七組彎曲變形來實(shí)現(xiàn)，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜。為此，本申請(qǐng)?zhí)岢鲆环N弱耦合柔性鉸鏈六維力傳感器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請(qǐng)的目的是針對(duì)背景技術(shù)指出的正交柔性鉸鏈，大幅降低了自由度之間的耦合度，仍然需要七組彎曲變形來實(shí)現(xiàn)，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題，提出一種弱耦合柔性鉸鏈六維力傳感器。

2、本申請(qǐng)的技術(shù)方案：一種弱耦合柔性鉸鏈六維力傳感器，包括測(cè)力接頭，所述測(cè)力接頭同向兩側(cè)均設(shè)置有柔性鉸鏈，使各個(gè)方向均能產(chǎn)生彎曲變形。

3、優(yōu)選的，所述柔性鉸鏈包括x向柔性鉸鏈與y向柔性鉸鏈，所述x向柔性鉸鏈垂向于y向柔性鉸鏈的中部。

4、優(yōu)選的，兩組所述柔性鉸鏈與測(cè)力接頭共同組成工字型。

5、優(yōu)選的，兩組x向柔性鉸鏈上安裝有兩組應(yīng)變片，兩組y向柔性鉸鏈上安裝有四組應(yīng)變片。

6、優(yōu)選的，兩組所述柔性鉸鏈的兩側(cè)分別共同連接有安裝塊，用于固定傳感器底座。

7、本申請(qǐng)與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益的技術(shù)效果：

8、本申請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)了各向異性柔性鉸鏈，各個(gè)方向均能產(chǎn)生彎曲變形，克服了十字柔性鉸鏈拉壓變形困難靈敏度低的弊端；可一體化加工，結(jié)構(gòu)緊湊；

9、由于xy分別是單梁和雙梁結(jié)構(gòu)，非對(duì)稱設(shè)計(jì)，為了保證各個(gè)方向量程一致，梁的參數(shù)成比例關(guān)系，實(shí)現(xiàn)等量程高靈敏度測(cè)量；

10、本申請(qǐng)中兩組所述柔性鉸鏈與測(cè)力接頭共同組成工字型，每根梁的尺寸都較大，承載能力強(qiáng)，加工簡(jiǎn)單，無(wú)應(yīng)力集中現(xiàn)象。

技術(shù)特征：

1.一種弱耦合柔性鉸鏈六維力傳感器，其特征在于，包括測(cè)力接頭，所述測(cè)力接頭同向兩側(cè)均設(shè)置有柔性鉸鏈，使各個(gè)方向均能產(chǎn)生彎曲變形；所述柔性鉸鏈包括x向柔性鉸鏈與y向柔性鉸鏈，所述x向柔性鉸鏈垂向于y向柔性鉸鏈的中部；兩組所述柔性鉸鏈的兩側(cè)分別共同連接有安裝塊，用于固定傳感器底座。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種弱耦合柔性鉸鏈六維力傳感器，其特征在于，兩組所述柔性鉸鏈與測(cè)力接頭共同組成工字型。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種弱耦合柔性鉸鏈六維力傳感器，其特征在于，兩組x向柔性鉸鏈上安裝有兩組應(yīng)變片，兩組y向柔性鉸鏈上安裝有四組應(yīng)變片。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)涉及六維力傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種弱耦合柔性鉸鏈六維力傳感器。提出如下技術(shù)方案：一種弱耦合柔性鉸鏈六維力傳感器，包括測(cè)力接頭，所述測(cè)力接頭同向兩側(cè)均設(shè)置有柔性鉸鏈，使各個(gè)方向均能產(chǎn)生彎曲變形。本申請(qǐng)本申請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)了各向異性柔性鉸鏈，各個(gè)方向均能產(chǎn)生彎曲變形，克服了十字柔性鉸鏈拉壓變形困難靈敏度低的弊端；可一體化加工，結(jié)構(gòu)緊湊；由于XY分別是單梁和雙梁結(jié)構(gòu)，非對(duì)稱設(shè)計(jì)，為了保證各個(gè)方向量程一致，梁的參數(shù)成比例關(guān)系，實(shí)現(xiàn)等量程高靈敏度測(cè)量；且兩組所述柔性鉸鏈與測(cè)力接頭共同組成工字型，每根梁的尺寸都較大，承載能力強(qiáng)，加工簡(jiǎn)單，無(wú)應(yīng)力集中現(xiàn)象。

技術(shù)研發(fā)人員：楊志軍,李航行,謝曉濤,姜傳星
受保護(hù)的技術(shù)使用者：佛山市華道超精科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：20240409
技術(shù)公布日：2024/12/26