一种基于IMU的带自重补偿的力和力矩传感器制造技术

本实用新型专利技术公开一种基于IMU的带自重补偿的力和力矩传感器，包括固定座，以及安装于固定座内的安装座；所述安装座的上方和底部还均设有一第一PCB板，且每一第一PCB板上还均安装一第一IMU传感器；所述固定座内还设有第二PCB板，第二PCB板位于安装座的下方，且第二PCB板上还安装有参考IMU传感器。本实用新型专利技术结构简单、组装方便，可实现6个自由度的线性力和力矩的测量，测量方便，同时，还可补偿传感器因在运动过程中其自身重力的影响带来的误差，进而提高测量精度，且可在动态环境下使用，实用性强。实用性强。实用性强。

【技术实现步骤摘要】
一种基于IMU的带自重补偿的力和力矩传感器


[0001]本技术涉及传感器
，尤其涉及一种基于IMU的带自重补偿的力和力矩传感器。

技术介绍

[0002]多轴力和力矩传感器广泛应用于机器人操控、自动化产业及实验中，多轴力矩传感器是一种能够测量多个自由度上的线性力和力矩的器件，可观测6个自由度，但现有的多轴力矩传感器的结构普遍较为复杂，制造成本较高，且不能对其自身重力进行补偿，导致测量精度较低，用户体验度较差。

技术实现思路

[0003]本技术的目的是提供一种基于IMU的带自重补偿的力和力矩传感器，该传感器结构简单、组装方便，可实现6个自由度的线性力和力矩的测量，测量方便，同时，还可补偿传感器因在运动过程中其自身重力的影响带来的误差，进而提高测量精度，且可在动态环境下使用，实用性强。
[0004]为实现上述目的，采用以下技术方案：
[0005]一种基于IMU的带自重补偿的力和力矩传感器，包括固定座，以及安装于固定座内的安装座；所述安装座的上方和底部还均设有一第一PCB板，且每一第一PCB板上还均安装一第一IMU传感器；所述固定座内还设有第二PCB板，第二PCB板位于安装座的下方，且第二PCB板上还安装有参考IMU传感器。
[0006]进一步地，所述安装座包括水平布置于固定座内的中间平板，中间平板的顶部和底部还均设有一镜像结构体，且两镜像结构体以中间平板为中心面镜像对称布置；其中一所述第一PCB板固定布置于中间平板的底部，另一所述第一PCB板布置于中间平板的上方。
[0007]进一步地，所述镜像结构体包括布置于中间平板上并与其一体式连接的若干弹性支撑梁，以及布置于若干弹性支撑梁上并与其一体式连接的固定圈；所述固定圈、若干弹性支撑梁与中间平板之间围成一第一容腔，其中一所述第一PCB板位于第一容腔内。
[0008]进一步地，所述若干弹性支撑梁在中间平板周向上间隔布置于其表面边缘，且每一弹性支撑梁的一端与中间平板一体式连接，弹性支撑梁的另一端向固定圈方向弯曲延伸布置并与其连接。
[0009]进一步地，每一镜像结构体的弹性支撑梁的数量设置为四个，四个弹性支撑梁等间距的布置于中间平板的表面边缘。
[0010]进一步地，所述固定座包括底座，以及与底座可拆卸式连接的顶盖；所述第二PCB板布置于底座内，位于安装座上方的所述第一PCB板布置于顶盖内。
[0011]采用上述方案，本技术的有益效果是：
[0012]该传感器结构简单、组装方便，可实现6个自由度的线性力和力矩的测量，测量方便，同时，还可补偿传感器因在运动过程中其自身重力的影响带来的误差，进而提高测量精
度，且可在动态环境下使用，实用性强。
附图说明
[0013]图1为本技术的爆炸图；
[0014]图2为本技术的安装座的正视图；
[0015]图3为本技术的安装座省却固定圈的立体图；
[0016]图4为本技术的弹性支撑梁的布局示意图；
[0017]图5为本技术的弹性支撑梁的结构示意图；
[0018]其中，附图标识说明：
[0019]1—底座；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
2—安装座；
[0020]3—第一PCB板；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
4—第一IMU传感器；
[0021]5—第二PCB板；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
6—参考IMU传感器；
[0022]7—顶盖；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
21—中间平板；
[0023]22—弹性支撑梁；
ꢀꢀꢀꢀꢀ
23—固定圈。
具体实施方式
[0024]以下结合附图和具体实施例，对本技术进行详细说明。
[0025]参照图1至5所示，本技术提供一种基于IMU的带自重补偿的力和力矩传感器，包括固定座，以及安装于固定座内的安装座2；所述安装座2的上方和底部还均设有一第一PCB板3，且每一第一PCB板3上还均安装一第一IMU传感器4；所述固定座内还设有第二PCB板5，第二PCB板5位于安装座2的下方，且第二PCB板5上还安装有参考IMU传感器6。
[0026]其中，所述安装座2包括水平布置于固定座内的中间平板21，中间平板21的顶部和底部还均设有一镜像结构体，且两镜像结构体以中间平板21为中心面镜像对称布置；其中一所述第一PCB板3固定布置于中间平板21的底部，另一所述第一PCB板3布置于中间平板21的上方；所述镜像结构体包括布置于中间平板21上并与其一体式连接的若干弹性支撑梁22，以及布置于若干弹性支撑梁22上并与其一体式连接的固定圈23；所述固定圈23、若干弹性支撑梁22与中间平板21之间围成一第一容腔，其中一所述第一PCB板3位于第一容腔内。
[0027]所述若干弹性支撑梁22在中间平板21周向上间隔布置于其表面边缘，且每一弹性支撑梁22的一端与中间平板21一体式连接，弹性支撑梁22的另一端向固定圈23方向弯曲延伸布置并与其连接；每一镜像结构体的弹性支撑梁22的数量设置为四个，四个弹性支撑梁22等间距的布置于中间平板21的表面边缘；所述固定座包括底座1，以及与底座1可拆卸式连接的顶盖7；所述第二PCB板5布置于底座1内，位于安装座2上方的所述第一PCB板3布置于顶盖7内。
[0028]本技术工作原理：
[0029]继续参照图1至5所示，本实施例中，该传感器包含了三个IMU传感器(九轴IMU传感器)，每个IMU传感器均包含一个六轴加速度传感器与一个三轴角速度传感器，该传感器的力和力矩信息是基于上面的三个IMU传感器的输出值计算得出，此外，该传感器可利用IMU传感器对其在运动中因自身重力带来的误差进行自我补偿，具体地：
[0030]如图1所示，该传感器的安装座2分上下两层结构(镜像对称)，四个弹性支撑梁22
(沿着Z轴方向上下变形)均匀等间隔布置于中间平板21的外圆上，即相邻两个弹性支撑梁22之间的夹角为90
°
；弹性支撑梁22起点线与弹性支撑梁22终点线之间的圆弧的弧度为45
°
，因此，弹性支撑梁22起点线与弹性支撑梁22终点线之间的圆弧长度由外部圆形结构的半径决定；参照图3至5所示，弹性支撑梁22一端与中间平板21连接的一端的高度大于其宽度的一半(h>w/2)，而弹性支撑梁22倾斜的长度L是与弹性支撑梁22结构对应的45弧度之间的关系确定的。
[0031]位于上层的第一IMU传感器4布置于顶盖7内，可用于测量上层结构的角位移量，位于下层的第一IMU传感器4布置于中间平板21的底部，可用于测量下层结构的角位移量，结合上下两层结构，即可实现六轴力和力矩的测量，其六轴力和力矩的计算公式为：
[0032][0033]其中θ
ux
，θ
uy
和θ
uz
为上层结构中的第一IMU传感器4相对参考IMU传感本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于IMU的带自重补偿的力和力矩传感器，其特征在于，包括固定座，以及安装于固定座内的安装座；所述安装座的上方和底部还均设有一第一PCB板，且每一第一PCB板上还均安装一第一IMU传感器；所述固定座内还设有第二PCB板，第二PCB板位于安装座的下方，且第二PCB板上还安装有参考IMU传感器。2.根据权利要求1所述的基于IMU的带自重补偿的力和力矩传感器，其特征在于，所述安装座包括水平布置于固定座内的中间平板，中间平板的顶部和底部还均设有一镜像结构体，且两镜像结构体以中间平板为中心面镜像对称布置；其中一所述第一PCB板固定布置于中间平板的底部，另一所述第一PCB板布置于中间平板的上方。3.根据权利要求2所述的基于IMU的带自重补偿的力和力矩传感器，其特征在于，所述镜像结构体包括布置于中间平板上并与其一体式连接的若干弹性支撑梁，以及布置于...

【专利技术属性】
技术研发人员：白仲皖，鱼晨，
申请(专利权)人：华力创科学深圳有限公司，
类型：新型
国别省市：