多维力传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种多维力传感器，包括：形变环，包括环式应变梁与位于所述环式应变梁两端的固定端，所述环式应变梁具有闭合环形构造；测量环，用于测量多维力/力矩，包括环形分布于所述环式应变梁上的复数个感测单元，每一感测单元用于测量一维力/力矩。该多维力传感器采用简洁可靠的机械结构实现理想的多维力/力矩测量，具有易于实施、机械性能可靠、测量精度高的优点。

Multidimensional Force Sensor

The invention discloses a multi-dimensional force sensor, which comprises a deformation ring, including a ring strain beam and a fixed end at both ends of the ring strain beam, the ring strain beam has a closed ring structure, and a measuring ring for measuring multi-dimensional force/moment, including a plurality of sensing units annularly distributed on the ring strain beam, each of which is used for measuring one-dimensional force/moment. \u3002 The multi-dimensional force sensor adopts simple and reliable mechanical structure to realize ideal multi-dimensional force/moment measurement. It has the advantages of easy implementation, reliable mechanical performance and high measurement accuracy.

【技术实现步骤摘要】
多维力传感器
本专利技术属于传感器
，具体地来说，是一种多维力传感器。
技术介绍
传感器，是能感受规定的被测量件并按照一定的规律(数学函数法则)转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成，在工业化进程中发挥着重要作用。传感器的种类众多，包括位移传感器、速度传感器、加速度传感器、力传感器、温度传感器等多种类型。其中，力传感器是一种将各种力与力矩信息转换为电信号输出的装置。多维力传感器是能够同时检测三维直角坐标空间中多个方向的力/力矩信息的传感器。例如，六维力传感器能够同时测量三个力分量与三个力矩分量。自二十世纪七十年代问世以来，多维力传感器已经在智能机器人、航天航空、自动化装配制造、体育竞技等众多领域得到广泛应用。尤其在智能机器人领域，多维力传感器对机器人的高质量控制有着尤为重要的意义，属于研究热点。多维力传感器属于涉及多个学科交叉的复杂课题，仍然处于研究发展之中，在研制和应用中还存在很多问题。为了实现较为理想的多维测量目的，目前的多维力传感器一般需要采用复杂的机械结构以感知被测量对象，设计难度很大、工艺制程要求繁琐严苛，对产业发展造成很大制约。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种多维力传感器，采用简洁可靠的机械结构实现理想的多维力/力矩测量，具有易于实施、机械性能可靠、测量精度高的优点。本专利技术的目的通过以下技术方案来实现：一种多维力传感器，包括：形变环，包括环式应变梁与位于所述环式应变梁两端的固定端，所述环式应变梁具有闭合环形构造；测量环，用于测量多维力/力矩，包括环形分布于所述环式应变梁上的复数个感测单元，每一感测单元用于测量一维力/力矩。作为上述技术方案的改进，所述感测单元包括一具有应变计的惠斯通电桥，所述应变计设置于所述环式应变梁的表面。作为上述技术方案的进一步改进，所述惠斯通电桥包括依次桥接的四个应变计，保持桥接的应变计分布于所述环式应变梁的同侧表面。作为上述技术方案的进一步改进，同一测量环的复数个感测单元分布于所述环式应变梁的同侧表面；和/或，同一测量环的复数个感测单元沿所述环式应变梁的周向均匀分布。作为上述技术方案的进一步改进，同一测量环的感测单元的数量不小于所需测量的多维力/力矩的维度。作为上述技术方案的进一步改进，所述测量环的数量至少为一；当所述测量环为复数个时，复数个测量环沿所述环式应变梁的轴向间距阵列。作为上述技术方案的进一步改进，所述固定端具有环形法兰构造，所述环形法兰构造与所述环式应变梁中空贯通，所述环形法兰构造的环形外缘凸出于所述环式应变梁的环形轮廓之外。作为上述技术方案的进一步改进，所述环形法兰构造与所述环式应变梁具有共轴分布关系。作为上述技术方案的进一步改进，所述环式应变梁与所述固定端具有一体成型结构且于连接处圆滑过渡；和/或，所述环式应变梁与所述固定端于连接处圆滑过渡。作为上述技术方案的进一步改进，所述环式应变梁具有薄壁结构；和/或，所述环式应变梁沿其轴向保持处处不变。本专利技术的有益效果是：(1)于形变环的固定端加载被测量载荷，使环式应变梁产生可供测量的形变，环式应变梁具有闭合环形构造的连续性特点，避免非连续结构及由此引起的应力集中与结构薄弱，结构简洁、易于实施、机械结构可靠，使形变的线性特性最大化，提高形变测量精度而保证多维力/力矩的测量精度；(2)以环形分布于环式应变梁上的感测单元通过形变测量而实现对多维力/力矩的感测，每一感测单元用于测量一维力/力矩而降低维间耦合，进一步保证多维力/力矩的测量精度。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1是本专利技术实施例1提供的多维力传感器的后视轴测示意图；图2是本专利技术实施例1提供的多维力传感器的前视轴测示意图；图3是本专利技术实施例1提供的多维力传感器的对剖剖视示意图；图4是图3中多维力传感器的M处放大示意图；图5是本专利技术实施例1提供的多维力传感器的感测单元的惠斯通电桥全桥结构示意图；图6是本专利技术实施例1提供的多维力传感器的应变计的环接分布方式示意图；图7是本专利技术实施例1提供的多维力传感器的应变计的十字分布方式示意图。主要元件符号说明：1000-多维力传感器，0100-形变环，0110-环式应变梁，0120-第一固定端，0121-第一法兰连接孔，0130-第二固定端，0131-第二法兰连接孔，0140-贯通孔，0200-测量环，0210-感测单元，0211-应变计。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对多维力传感器进行更全面的描述。附图中给出了多维力传感器的优选实施例。但是，多维力传感器可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对多维力传感器的公开内容更加透彻全面。需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在多维力传感器的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本专利技术。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。实施例1请结合参阅图1～4，本实施例公开一种多维力传感器1000的具体构造，包括形变环0100与测量环0200，形变环0100于被测量载荷的作用下发生形变，由测量环0200感知形变环0100的形变而获取多维力/力矩的测量值，提供结构简洁、易于实施、机械性能理想、测量精确的感测方式。形变环0100包括环式应变梁0110与位于环式应变梁0110两端的固定端(第一固定端0120与第二固定端0130)。固定端用于输入加载的被测量载荷，环式应变梁0110用于在被测量载荷作用下发生形变，实现被测量载荷的各维度分量的分立。其中，环式应变梁0110具有闭合环形构造。所谓闭合环形构造，是指环式应变梁0110的周壁沿其环形方向首尾连接且处处连续，形成结构连续紧密的环体。示范性地，环式应变梁0110的环体形式包括圆柱环体、方柱环体、圆台环体、锥台环体等类型。在此构造下，环式应变梁0110不发生应力集中，疲劳强度有效提高，机械性能显著增强。同时，环式应变梁0110的形变具有的线性特性实现最大化，测量精度有效保证。此外，环式应变梁0110的结构简洁而易于实施，降低制造与装配难度。补充说明，传统的多维力传感装置需要在载荷加载端之间设置多个分立式应变梁。在被测量载荷作用下，分立式应变梁分别形变。为了提高灵敏度与精度，分立式应变梁的厚度较小，使其结构强度更为薄弱。示范性地，环式应变梁0本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多维力传感器，其特征在于，包括：形变环，包括环式应变梁与位于所述环式应变梁两端的固定端，所述环式应变梁具有闭合环形构造；测量环，用于测量多维力/力矩，包括环形分布于所述环式应变梁上的复数个感测单元，每一感测单元用于测量一维力/力矩。

【技术特征摘要】
1.一种多维力传感器，其特征在于，包括：形变环，包括环式应变梁与位于所述环式应变梁两端的固定端，所述环式应变梁具有闭合环形构造；测量环，用于测量多维力/力矩，包括环形分布于所述环式应变梁上的复数个感测单元，每一感测单元用于测量一维力/力矩。2.根据权利要求1所述的多维力传感器，其特征在于，所述感测单元包括一具有应变计的惠斯通电桥，所述应变计设置于所述环式应变梁的表面。3.根据权利要求2所述的多维力传感器，其特征在于，所述惠斯通电桥包括依次桥接的四个应变计，保持桥接的应变计分布于所述环式应变梁的同侧表面。4.根据权利要求1所述的多维力传感器，其特征在于，同一测量环的复数个感测单元分布于所述环式应变梁的同侧表面；和/或，同一测量环的复数个感测单元沿所述环式应变梁的周向均匀分布。5.根据权利要求1所述的多维力传感器，其特征在于，同一测量环的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈翡，常乐，
申请(专利权)人：陈翡，
类型：发明
国别省市：广东,44