一种三维力传感器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种三维力传感器，包括壳体、环形端盖、摩擦纳米发电机、弹性变形体以及受力体，壳体为上端具有开口的筒状结构，壳体的内侧面设有若干个呈圆周均布的定位凹槽，每个定位凹槽内安装有至少一个摩擦纳米发电机；环形端盖固联在壳体的顶部；弹性变形体容置在壳体内部，弹性变形体的顶面中部设有定位孔，弹性变形体的外侧面设有与若干个定位凹槽的位置相对应的若干个定位凸部，定位凸部嵌入到定位凹槽内且与摩擦纳米发电机相接触；受力体的下部嵌入到定位孔内且与定位孔的侧壁相接触，受力体的上部向上穿过环形端盖。本实用新型专利技术结构设计合理、简单紧凑、维间耦合程度低，模块化强，准确测量三维力，具有一定的通用性。

【技术实现步骤摘要】
一种三维力传感器
：本技术涉及一种三维力传感器。
技术介绍
：多维力传感器指的是一种能够同时测量两个方向以上力及力矩分量的力传感器，其广泛用于航空航天、智能制造、智能机器人等领域。三维力传感器是多维力传感器的一种结构，能同时检测三维空间的三个力信息。然而，现有的三维力传感器在使用时均需要外接电源，这就使得携带和使用不够方便，同时现有大部分三维力传感器也都没设置过载保护，在使用过程中容易造成传感器损坏。
技术实现思路
：本技术的目的在于针对以上不足之处，提供一种三维力传感器，结构合理，携带和使用方便，同时具有过载保护。为了实现上述目的，本技术采用的技术方案是：一种三维力传感器，包括壳体、环形端盖、摩擦纳米发电机、弹性变形体以及受力体，所述壳体为上端具有开口的筒状结构，壳体的内侧面设有若干个呈圆周均布的定位凹槽，每个定位凹槽内安装有至少一个摩擦纳米发电机；所述环形端盖固联在壳体的顶部；所述弹性变形体容置在壳体内部，弹性变形体的顶面中部设有定位孔，弹性变形体的外侧面设有与若干个定位凹槽的位置相对应的若干个定位凸部，所述定位凸部嵌入到定位凹槽内且与摩擦纳米发电机相接触；所述受力体的下部嵌入到定位孔内且与定位孔的侧壁相接触，受力体的上部向上穿过环形端盖。进一步的，所述壳体和弹性变形体均为圆柱体状，壳体的内侧面与弹性变形体的外侧面相贴合，弹性变形体的顶面与环形端盖的底面相贴合。进一步的，所述定位凹槽和定位凸部均为竖向延伸的长条状，定位凹槽的上端延伸至壳体的上端开口。进一步的，所述摩擦纳米发电机包括安装基座、柔性底座、柔性外壳、橡胶膜、铜膜以及外接电路，所述柔性底座固联在安装基座的顶面中部；所述橡胶膜设置在柔性底座的顶面；所述铜膜罩设在柔性底座的外侧，铜膜与橡胶膜之间连接有外接电路；所述柔性外壳罩设在铜膜的外侧且固定在安装基座的顶面，用于与定位凸部相接触。进一步的，所述安装基座和柔性底座均为圆柱状，柔性底座的顶部为向上凸起的弧形状；所述铜膜和柔性外壳均为半球形状。进一步的，所述定位凹槽的的底面设有两个沿竖向分布的安装圆孔，每个安装圆孔内均嵌设有一个摩擦纳米发电机的安装基座。进一步的，所述定位孔为上端直径大、下端直径小的圆台状且沿竖向贯通；所述受力体的下部为与定位孔的形状相适应的圆台状，受力体的上部为半球形状。与现有技术相比，本技术具有以下效果：（1）本技术利用摩擦纳米发电机作为传感器的敏感器件，无需外接电源，方便携带和使用；（2）利用受力体、环形端盖及壳体对弹性变形体进行限制，有效限制了变形体的形变量，从而实现对传感器的过载保护；（3）采用对对称结构的模块化设计，一方面方便后期的解耦计算，大大降低了多维力的解耦计算难度；另一方面，这种对称结构设计与降低了安装难度，方便后期工业化生产；（4）本技术结构设计合理、简单紧凑、维间耦合程度低，模块化强，准确测量三维力，具有一定的通用性。附图说明：图1是本技术实施例的主视剖面构造示意图；图2是本技术实施例的分解状态示意图；图3是本技术实施例的立体构造示意图；图4是本技术实施例中壳体的立体构造示意图；图5是本技术实施例中弹性变形体的立体构造示意图；图6是本技术实施例中摩擦纳米发电机的主视剖面构造示意图。图中：1-壳体；2-环形端盖；3-摩擦纳米发电机；4-弹性变形体；5-受力体；6-定位凹槽；7-定位孔；8-定位凸部；9-安装基座；10-柔性底座；11-柔性外壳；12-橡胶膜；13-铜膜；14-安装圆孔。具体实施方式:下面结合附图和具体实施方式对本技术做进一步详细的说明。如图1～5所示，本技术一种三维力传感器，用于足底三维力测量，包括壳体1、环形端盖2、摩擦纳米发电机3、弹性变形体4以及受力体5，所述壳体1为上端具有开口的筒状结构，壳体1的内侧面设有八个呈圆周均布的定位凹槽6，每个定位凹槽6内安装有至少一个摩擦纳米发电机3；所述环形端盖2通过螺栓固联在壳体1的顶部；所述弹性变形体4容置在壳体1内部，弹性变形体4的顶面中部设有定位孔7，弹性变形体4的外侧面设有与八个定位凹槽6的位置相对应的八个定位凸部8，所述定位凸部8嵌入到定位凹槽6内且与摩擦纳米发电机3相接触；所述受力体5的下部嵌入到定位孔7内且与定位孔7的侧壁相接触，受力体5的上部向上穿过环形端盖2的中部；工作时，受力体5的上部承受外部载荷作用，外部载荷通过受力体5的下部传递到弹性变形体4上，弹性变形体4在壳体1、环形端盖2以及受力体5的限制下沿径向（壳体1内侧面的定位凹槽6方向）发生变形，变形时弹性变形体4外侧面的定位凸部8挤压定位凹槽6内的摩擦纳米发电机3的柔性外壳11，各个定位凹槽6内的摩擦纳米发电机3产生不同的电信号，通过对不同的电信号进行解耦计算得出受力体所受三维力，从而实现对三维力的测量。弹性变形体4形变量受结构约束限制，故各摩擦纳米发电机3的柔性外壳11形变量也在一定范围内，这就实现了对传感器的过载保护。本实施例中，所述壳体1和弹性变形体4均为圆柱体状，壳体1的内侧面与弹性变形体4的外侧面相贴合，弹性变形体4的顶面与环形端盖2的底面相贴合，以便环形端盖2对弹性变形体4的上端进行限制，避免向上变形。本实施例中，所述定位凹槽6和定位凸部8均为竖向延伸的长条状，定位凹槽6的上端延伸至壳体1的上端开口。本实施例中，摩擦纳米发电机3为现有的成熟产品，摩擦纳米发电机3的工作机制是依赖于两个摩擦电层之间的接触和分离，当两个摩擦电层之间的距离变小时（其中一个摩擦电层接近另一个摩擦电层），两个摩擦电极性不同的材料薄层之间会发生电荷转移，从而在二者之间形成电势差。为了更好的阐述清楚本技术的工作原理，在此举例摩擦纳米发电机的构造：如图6所示，所述摩擦纳米发电机3包括安装基座9、柔性底座10、柔性外壳11、橡胶膜12、铜膜13以及外接电路（图中未画出），所述柔性底座10固联在安装基座9的顶面中部；所述橡胶膜12设置在柔性底座10的顶面；所述铜膜13罩设在柔性底座10的外侧，铜膜13与橡胶膜12之间连接有外接电路；所述柔性外壳11罩设在铜膜13的外侧且固定在安装基座9的顶面，用于与定位凸部8相接触。所述安装基座9和柔性底座10均为圆柱状，柔性底座10的顶部为向上凸起的弧形状，橡胶膜与柔性底座的顶部形状相适应；所述铜膜13和柔性外壳11均为半球形状。工作时：柔性外壳11受到定位凸部8的挤压而变形时，将使附着在柔性外壳11内壁的铜膜13也发生形变，从而导致橡胶膜12和铜膜13距离减小，由于铜比橡胶更具摩擦电正性，因此电子在电势差驱动下从橡胶膜12表面上经外接电路流向铜膜13，由此产生一个与柔性外壳11形变密切相关的电信号。由于所述摩擦纳米发电机3的柔性外壳11只与弹性变形体4接触，因此摩擦纳米发电机3所产生的电信号与弹性变形体4的形变也密切相关。通过对不同位置的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三维力传感器，其特征在于：包括壳体、环形端盖、摩擦纳米发电机、弹性变形体以及受力体，所述壳体为上端具有开口的筒状结构，壳体的内侧面设有若干个呈圆周均布的定位凹槽，每个定位凹槽内安装有至少一个摩擦纳米发电机；所述环形端盖固联在壳体的顶部；所述弹性变形体容置在壳体内部，弹性变形体的顶面中部设有定位孔，弹性变形体的外侧面设有与若干个定位凹槽的位置相对应的若干个定位凸部，所述定位凸部嵌入到定位凹槽内且与摩擦纳米发电机相接触；所述受力体的下部嵌入到定位孔内且与定位孔的侧壁相接触，受力体的上部向上穿过环形端盖。/n

【技术特征摘要】
1.一种三维力传感器，其特征在于：包括壳体、环形端盖、摩擦纳米发电机、弹性变形体以及受力体，所述壳体为上端具有开口的筒状结构，壳体的内侧面设有若干个呈圆周均布的定位凹槽，每个定位凹槽内安装有至少一个摩擦纳米发电机；所述环形端盖固联在壳体的顶部；所述弹性变形体容置在壳体内部，弹性变形体的顶面中部设有定位孔，弹性变形体的外侧面设有与若干个定位凹槽的位置相对应的若干个定位凸部，所述定位凸部嵌入到定位凹槽内且与摩擦纳米发电机相接触；所述受力体的下部嵌入到定位孔内且与定位孔的侧壁相接触，受力体的上部向上穿过环形端盖。


2.根据权利要求1所述的一种三维力传感器，其特征在于：所述壳体和弹性变形体均为圆柱体状，壳体的内侧面与弹性变形体的外侧面相贴合，弹性变形体的顶面与环形端盖的底面相贴合。


3.根据权利要求1所述的一种三维力传感器，其特征在于：所述定位凹槽和定位凸部均为竖向延伸的长条状，定位凹槽的上端延伸至壳体的上端开口。


4.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：李济泽，戴福全，朱悦涵，
申请(专利权)人：福建工程学院，
类型：新型
国别省市：福建;35