一种单轴向力/力矩传感器及测量方法技术

本发明专利技术公开了一种单轴向力/力矩传感器及测量方法，该单轴向力/力矩传感器包括浮动平台、固定平台、测力矩柱梁、测力应变梁以及基础柱梁，固定平台上表面与垂直设置的测力矩柱梁下端面固定连接、测力矩柱梁上端面与水平设置的4个测力应变梁端部固定连接，每一个测力应变梁的另一端部与一根垂直设置的基础柱梁下端面固定连接、4个基础柱梁的上端面固定连接在浮动平台下表面。本发明专利技术将单轴向力与力矩分别独立精准测量，结构简单紧凑，高效可靠。高效可靠。高效可靠。

【技术实现步骤摘要】
一种单轴向力/力矩传感器及测量方法


[0001]本专利技术涉及力学测力传感器，具体是涉及一种单轴向力/力矩传感器。

技术介绍

[0002]传统的电机轴进行测力实验时，通常是将电机轴向力和扭矩分别利用一维测力传感器和扭矩传感器独立进行测量，同时监测力和扭矩的数据，但是无法消除力与力矩的相互干扰。传统的二维测力天平，只能实现二维力测力、二维力矩测量或者非轴向二维力与力矩测量。如果利用六维测力天平进行单轴向力/力矩测量，由于六维测力天平的结构复杂，尺寸过大，会导致测量复杂，干扰较多，测量不精准。因此需要开发一种单轴向力/力矩传感器，可以实现测量单轴向力与力矩(即X/Mx或Y/My或Z/Mz)。

技术实现思路

[0003]专利技术目的：针对以上缺点，本专利技术提供一种单轴向力/力矩传感器，能够在该传感器上直接实现各方向单轴向力以及单轴向力矩的独立测量。
[0004]本专利技术还提供上述单轴向力/力矩传感器的测量方法。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供的单轴向力/力矩传感器采用以下技术方案：
[0006]一种单轴向力/力矩传感器，包括固定平台、自固定平台一个表面延伸出的测力矩柱梁、固定于测力矩柱梁前端的浮动平台、自测力矩柱梁周向向外延伸出的测力应变梁、自浮动平台面对固定平台的第一表面延伸出的基础柱梁；所述测力应变梁具有四个并相互垂直的均匀分布于测力矩柱梁的四周，基础柱梁同样具有四个并均匀分布于浮动平台的第一表面，测力应变梁与基础柱梁一一对应连接，每个测力应变梁的一端与测力矩柱梁固定而另一端与基础柱梁固定；所述测力矩柱梁的侧面与浮动平台的第一表面垂直，测力应变梁具有面对浮动平台的第二表面及面对固定平台的第三表面；所述第二表面与第三表面均与第一表面平行；所述测力矩柱梁的侧面、测力应变梁的第二表面与第三表面均用以贴设应变片。
[0007]进一步的，测力矩柱梁的侧面贴设应变片用以测量单轴向力矩；测力应变梁的第二表面与第三表面贴设应变片用以测量单轴向力。
[0008]进一步的，当测力矩柱梁独立测量单轴向力矩时，测力应变梁不贴片；当测力应变梁独立测量单轴向力时测力矩柱梁不贴片而仅充当测力应变梁的支撑基础。
[0009]进一步的，所述四个测力应变梁对称设置且按圆周均布以抵消扭矩的影响，实现力与力矩分解，与基础柱梁一起构成测力矩柱梁的基础以实现测力矩柱梁高效测量单轴向力矩，同时保证结构的扭转刚度。
[0010]进一步的，所述测力矩柱梁独立匹配量程，在测力矩柱梁表面进行贴片处理，可将力矩信号单独输出；四个测力应变梁独立匹配量程，在测力应变梁表面进行贴片处理，可将力信号单独输出；单轴向力与力矩量程设置互不干扰，测量也互不打扰。
[0011]本专利技术提供的采用上述单轴向力/力矩传感器的测量方法可采用以下技术方案：
[0012]一种根据上述单轴向力/力矩传感器的测量方法，确定需要测量的轴向力和轴向力矩的方向，将测力矩柱梁的轴向与该方向重合；
[0013]独立测量该方向的轴向力矩时，在测力矩柱梁的侧面中，选择相背的两个侧面贴应变片，利用惠斯电桥将柱梁表面扭转应变通过电压信号输出，独立测量单轴向力矩；
[0014]独立测量该方向的轴向力时，在四个测力应变梁中，选择相背延伸的两个测力应变梁，在该两个测力应变梁分别的第二表面及第三表面贴应变片，利用惠斯电桥将该两个测力应变梁表面弯曲应变通过电压信号输出，可独立测量单轴向力。
[0015]有益效果：本专利技术相对于现有技术，能够将单轴向力与力矩分解，实现单轴向力与力矩独立测量。四个测力应变梁对称设置，按圆周均布，可以有效的抵消扭矩的影响，实现力与力矩分解，与基础柱梁一起构成垂直设置的测力矩柱梁的基础，实现垂直设置的测力矩柱梁高效测量单轴向力矩，同时保证结构的扭转刚度。测力矩柱梁不仅独立测量单轴向力矩，还可以充当四个测力应变梁的基础，让测力应变梁可以高效测量单轴向力，并且保证结构轴向刚度。单轴向力与力矩量程设置互不干扰，测量也互不打扰，可以实现高精度测量，并且结构简单紧凑，高效可靠。
附图说明
[0016]图1是为本专利技术单轴向力/力矩传感器的结构示意图；
[0017]图2是本专利技术单轴向力/力矩传感器的主视图；
[0018]图3是本专利技术单轴向力/力矩传感器的主剖视图；
[0019]图4是本专利技术单轴向力/力矩传感器的俯剖视图；
[0020]图5是本专利技术中测量X轴单轴向力矩的贴片图；
[0021]图6是本专利技术中独立测量X轴单轴向力矩的惠斯电桥示意图；
[0022]图7是本专利技术中测量X轴单轴向力的贴片图；
[0023]图8是本专利技术中独立测量X轴单轴向力的惠斯电桥示意图；
[0024]图9是测量Y轴单轴向力/力矩传感器的状态图；
[0025]图10是本专利技术中测量Y轴单轴向力矩的贴片图；
[0026]图11是本专利技术中独立测量Y轴单轴向力矩的惠斯电桥示意图；
[0027]图12是本专利技术中测量Y轴单轴向力的贴片图；
[0028]图13是本专利技术中独立测量Y轴单轴向力的惠斯电桥示意图；
[0029]图14是测量Z轴单轴向力/力矩传感器的状态图；
[0030]图15是本专利技术中测量Z轴单轴向力矩的贴片图；
[0031]图16是本专利技术中独立测量Z轴单轴向力矩的惠斯电桥示意图；
[0032]图17是本专利技术中测量Z轴单轴向力的贴片图；
[0033]图18是本专利技术中独立测量Z轴单轴向力的惠斯电桥示意图。
具体实施方式
[0034]请参阅图1至图4所示，本专利技术公开以下结合附图对本专利技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0035]如图1至图4所示，本专利技术的一种单轴向力/力矩传感器，包括固定平台1、自固定平
台1一个表面延伸出的测力矩柱梁2、固定于测力矩柱梁2前端的浮动平台5、自测力矩柱梁2周向向外延伸出的测力应变梁3、自浮动平台5面对固定平台1的第一表面延伸出的基础柱梁4。
[0036]所述测力应变梁3具有四个并相互垂直的均匀分布于测力矩柱梁2的四周，即按圆周相互间以90
°
均布，可以有效的抵消扭矩的影响，实现力与力矩分解。基础柱梁4同样具有四个并均匀分布于浮动平台5的第一表面，测力应变梁3与基础柱梁4一一对应连接，每个测力应变梁3的一端与测力矩柱梁2固定而另一端与基础柱梁4固定。所述测力矩柱梁2的侧面与浮动平台5的第一表面垂直，测力应变梁3具有面对浮动平台5的第二表面及面对固定平台1的第三表面。所述第二表面与第三表面均与第一表面平行。所述测力矩柱梁的侧面、测力应变梁的第二表面与第三表面均用以贴设应变片。
[0037]使用本专利技术一种单轴向力/力矩传感器具体测量方法为：
[0038]当需要测量X轴向力X和X轴向力矩Mx时，如图5至图8所示，首先将测力矩柱梁的轴向与X轴向重合。
[0039]独立本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单轴向力/力矩传感器，其特征在于，包括固定平台、自固定平台一个表面延伸出的测力矩柱梁、固定于测力矩柱梁前端的浮动平台、自测力矩柱梁周向向外延伸出的测力应变梁、自浮动平台面对固定平台的第一表面延伸出的基础柱梁；所述测力应变梁具有四个并相互垂直的均匀分布于测力矩柱梁的四周，基础柱梁同样具有四个并均匀分布于浮动平台的第一表面，测力应变梁与基础柱梁一一对应连接，每个测力应变梁的一端与测力矩柱梁固定而另一端与基础柱梁固定；所述测力矩柱梁的侧面与浮动平台的第一表面垂直，测力应变梁具有面对浮动平台的第二表面及面对固定平台的第三表面；所述第二表面与第三表面均与第一表面平行；所述测力矩柱梁的侧面、测力应变梁的第二表面与第三表面均用以贴设应变片。2.根据权利要求1所述的单轴向力/力矩传感器，其特征在于，测力矩柱梁的侧面贴设应变片用以测量单轴向力矩；测力应变梁的第二表面与第三表面贴设应变片用以测量单轴向力。3.根据权利要求2所述的单轴向力/力矩传感器，其特征在于，当测力矩柱梁独立测量单轴向力矩时，测力应变梁不贴片；当测力应变梁独立测量单轴向力时测力矩柱梁不贴片而仅充当测力应变梁的支撑基础。4.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚裕，周民权，李先影，赵彪，吴洪涛，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：