一種六維力傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及傳感器設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域，特別是涉及一種適用于工業(yè)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)性能檢測(cè)的六維力傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]六維力傳感器能同時(shí)檢測(cè)三維空間的全力信息，即三個(gè)力分量和三個(gè)力矩分量。廣泛應(yīng)用于精密裝配、自動(dòng)磨削、輪廓跟蹤、雙手協(xié)調(diào)、零力示教等作業(yè)中，在智能機(jī)器人、航空航天、機(jī)械加工及汽車等行業(yè)中有極為重要的應(yīng)用。
[0003]在六維力傳感器設(shè)計(jì)中，力敏元件的結(jié)構(gòu)布局及電阻應(yīng)變片的粘貼形式在很大程度上決定了所設(shè)計(jì)傳感器的精度、靈敏度及剛度等性能指標(biāo)。因此，設(shè)計(jì)出合理可行的力敏元件并采用合適的貼片方式已顯得尤為關(guān)鍵。近些年來(lái)，關(guān)于六維力傳感器研宄的相關(guān)專利已陸續(xù)發(fā)布，雖然這些專利具有一定優(yōu)點(diǎn)，但也存在一些缺點(diǎn)。
[0004]專利CN223308Y中公開(kāi)了一種由盤體結(jié)構(gòu)和筒體結(jié)構(gòu)相結(jié)合的一體化六維力/力矩傳感器，該傳感器具有易于加工、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，但其結(jié)構(gòu)本身存在一定程度的力耦合，無(wú)法實(shí)現(xiàn)完全解耦，傳力過(guò)程不穩(wěn)定。專利ZL99102421.4公開(kāi)了一種基于彈性球鉸的并聯(lián)機(jī)構(gòu)六維力傳感器，采用彈性球鉸代替普通球鉸，消除了普通球鉸存在的間隙和摩擦；專利ZL200810054666.x公開(kāi)了一種具有六分支的彈性鉸并聯(lián)6-UPUR六維測(cè)力平臺(tái)，使得該類傳感器可比彈性球鉸傳感器承受更大的載荷?？梢园l(fā)現(xiàn)，上述結(jié)構(gòu)也存在著占用空間較大、結(jié)構(gòu)不緊湊、傳力不均勻的缺點(diǎn)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型的目的是提供一種六維力傳感器，該傳感器能夠檢測(cè)三維空間力和力矩。
[0006]本實(shí)用新型的目的是通過(guò)這樣的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，一種六維力傳感器，包括內(nèi)部設(shè)有鏤空空間的筒體42，筒體下部中心向上突出形成一圓臺(tái)44，圓臺(tái)上部四周每隔90°布設(shè)一彈性梁43，4個(gè)彈性梁構(gòu)成十字梁，每個(gè)彈性梁靠近筒體的端部通過(guò)彈性球鉸46連接一側(cè)梁45，所述側(cè)梁的兩端固定于筒體內(nèi)表面上，遠(yuǎn)離彈性梁的側(cè)梁的側(cè)面與筒體內(nèi)表面具有一定空隙；所述筒體內(nèi)還設(shè)置有加載臺(tái)，該加載臺(tái)通過(guò)彈性球鉸與十字梁連接；每個(gè)彈性梁的四個(gè)面上靠近圓臺(tái)的表面布置一個(gè)應(yīng)變片；每個(gè)側(cè)梁的四個(gè)面上靠近彈性球鉸的表面布置一個(gè)應(yīng)變片。
[0007]進(jìn)一步，每個(gè)側(cè)梁與筒體連接處設(shè)置有凹槽49，側(cè)梁的兩端與凹槽的槽壁固定連接。
[0008]進(jìn)一步，所述加載臺(tái)包括位于中心的圓形結(jié)構(gòu)和沿圓形結(jié)構(gòu)向外延伸出的4個(gè)傳力支腳47，每個(gè)傳力支腳末端的下部均有與其一體的短圓柱體48，每個(gè)圓柱體通過(guò)彈性球鉸與側(cè)梁連接。
[0009]進(jìn)一步，所述圓形結(jié)構(gòu)中心設(shè)置有一圓形通孔。
[0010]進(jìn)一步，每個(gè)傳力支腳上設(shè)置有一個(gè)螺紋通孔。
[0011]由于采用上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型具有如下的優(yōu)點(diǎn):
[0012]本實(shí)用新型采用新的加載傳力方式及緊湊的結(jié)構(gòu)形式，可實(shí)現(xiàn)加載傳力過(guò)程的穩(wěn)定均勻，明顯提高彈性梁的應(yīng)變靈敏度，結(jié)構(gòu)解耦性好；同時(shí)結(jié)構(gòu)的小巧緊湊也大大提高了整體剛性，各側(cè)面力敏元件在設(shè)計(jì)尺寸減小的同時(shí)也大幅提高了測(cè)量精度?？捎糜诠I(yè)機(jī)器人關(guān)鍵力學(xué)性能檢測(cè)。
【附圖說(shuō)明】
[0013]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，其中:
[0014]圖1為本實(shí)用新型的外形結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2為加載臺(tái)外形結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖3為圓臺(tái)及十字梁的結(jié)構(gòu)外形示意圖；
[0017]圖4為側(cè)梁和十字梁上電阻應(yīng)變片粘貼示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0019]如圖1?3所示，一種六維力傳感器，包括筒體41、圓臺(tái)42、十字梁、側(cè)梁45、加載臺(tái)44、彈性球鉸46、應(yīng)變片幾個(gè)關(guān)鍵部分。除了彈性球鉸連接的加載臺(tái)外，其余部分采用整體式結(jié)構(gòu)。傳感器的整體外觀由筒體的外部曲面體現(xiàn)出來(lái)，筒體上下表面平行、周邊表面由平面和圓弧曲面交接組成，筒體內(nèi)部有鏤空空間，布有其他部分結(jié)構(gòu)。
[0020]所述圓臺(tái)由筒體下部中心向上突出形成，圓臺(tái)和筒體具有相同的中心軸線，圓臺(tái)直徑小于筒體內(nèi)徑，其高度不超過(guò)筒體高度的1/2。圓臺(tái)上部四周每隔90°布設(shè)一彈性梁43，4個(gè)彈性梁構(gòu)成十字梁，十字梁和圓臺(tái)亦為一體化結(jié)構(gòu)。
[0021]每個(gè)彈性梁末端通過(guò)彈性球鉸連接一個(gè)側(cè)梁，相對(duì)的兩個(gè)側(cè)梁相互平行。每個(gè)側(cè)梁與筒體連接處設(shè)置有凹槽49，側(cè)梁的兩端與凹槽的槽壁固定連接，遠(yuǎn)離彈性梁的側(cè)梁的側(cè)面與筒體內(nèi)表面具有一定空隙。所述筒體內(nèi)還設(shè)置有加載臺(tái)，所述加載臺(tái)用于力或力矩的加載，該加載臺(tái)通過(guò)彈性球鉸與十字梁連接；每個(gè)彈性梁的四個(gè)面上靠近圓臺(tái)的表面布置一個(gè)應(yīng)變片；每個(gè)側(cè)梁的四個(gè)面上靠近彈性球鉸的表面布置一個(gè)應(yīng)變片。
[0022]在本實(shí)施例中，加載臺(tái)包括位于中心為圓形結(jié)構(gòu)和沿圓弧邊向外均勻延伸出4個(gè)傳力支腳47，每個(gè)傳力支腳下部均有與其一體的短圓柱體48，4個(gè)螺紋通孔和I個(gè)圓形通孔均勻分布在加載臺(tái)上。加載臺(tái)和筒體亦處為同軸線結(jié)構(gòu)，加載臺(tái)上表面略高于筒體上表面，加載臺(tái)每側(cè)支腳下面的短圓柱體位于相應(yīng)側(cè)梁中部上表面上方，并由彈性球鉸和側(cè)梁連接，實(shí)現(xiàn)傳力功能。
[0023]如圖1、圖2所示，加載臺(tái)中心為圓形并沿圓弧邊向外均勻延伸出4個(gè)傳力支腳，每個(gè)傳力支腳下部均有與其一體的短圓柱體，4個(gè)螺紋通孔和I個(gè)圓形通孔均勻分布在加載臺(tái)上。相比傳統(tǒng)集中加載力(矩)的方式，此種加載方式可將集中力(矩)分散到四個(gè)傳力支腳上，經(jīng)短圓柱體傳遞到十字梁和側(cè)梁的交接處，傳力穩(wěn)定性較好，同時(shí)加載臺(tái)的形狀也有利于傳力的均勻性。
[0024]如圖1、圖3所示，圓臺(tái)上部四周均勻分布4個(gè)十字彈性梁，圓臺(tái)下部和筒體為一體。此種結(jié)構(gòu)將以往圓臺(tái)的加載功能變換為承載十字梁的功能，十字梁的受力也由十字梁的中心處變換為十字梁的4側(cè)端部，保證十字梁的受力更為均勻、應(yīng)變度更為靈敏。
[0025]如圖1、圖4所示，本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)中8個(gè)彈性球鉸起著連接不同部分的作用，其中4個(gè)彈性球鉸連接著十字梁和側(cè)梁，4個(gè)彈性球鉸