本发明专利技术公开了一种可实现溅射工艺的组合式高精度六维力传感器结构，包括十字梁、双U型梁、基座、顶盖、底盖和应变片，将24个应变片溅射在主梁上，形成6组惠斯通电桥，十字梁上3组，双U型梁上3组；所述六维力传感器的测量原理在于：某一维度的输入力/力矩通过施力孔作用于十字梁中心和双U型梁中心，使得传感器产生形变，相应位置的应变片阻值发生变化，进而使得对应电桥的输出电压发生改变。对应电桥的输出电压发生改变。对应电桥的输出电压发生改变。
【技术实现步骤摘要】
一种可实现溅射工艺的组合式高精度六维力传感器结构
[0001]本专利技术属于传感器
，具体涉及一种可实现溅射工艺的组合式高精度六维力传感器结构。
技术介绍
[0002]多维力传感器可同时感知空间多个维度的力分量和力矩分量，从而获取复杂系统中完整的力信息，广泛应用于智能机器人、航空航天、汽车及医疗等领域。基于十字梁结构的电阻应变式多维力传感器目前应用最为广泛，通过应变片将传感器受力产生的形变转化为电压变化，实现力分量和力矩分量的测量。
[0003]由于目前研制的多维力传感器大多采用传统应变片粘贴方式，存在温度范围低、胶水挥发冷凝导致性能降低等问题，因此采用溅射工艺溅射应变片具有重要的现实意义。
技术实现思路
[0004]为解决上述问题，本专利技术公开了一种可实现溅射工艺的组合式高精度六维力传感器结构，具有高灵敏度和低维间耦合等优点，适用于航空航天领域的多维力测量。
[0005]为达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0006]一种可实现溅射工艺的组合式高精度六维力传感器结构，包括十字梁、双U型梁、基座、顶盖、底盖和应变片；
[0007]所述十字梁由中心台、第一主梁、第一浮动梁和方角组成；所述中心台为一长方体结构的柱体，其截面为正方形；中心台上有4个施力孔和4个连接孔，力和力矩通过施力孔作用于中心台上，中心台上表面通过4个连接孔与双U型梁连接；中心台的四个侧面与第一主梁相连；所述第一主梁为4根矩形横梁，其截面为正方形；第一主梁的一端与中心台相连，另一端与第一浮动梁相连；所述第一浮动梁为4根矩形薄壁梁，其截面为矩形；第一浮动梁内侧面中心与第一主梁相连，两端与方角相连；所述方角为4个长方体结构的柱体，其截面为正方形；方角上有4个连接孔，用以与基座的中部凸台相连；中心台在十字梁的中间位置，第一浮动梁在十字梁的外围；
[0008]所述双U型梁由上U型梁和下U型梁组成；所述上U型梁由第二主梁、第二浮动梁和第一支脚组成；所述第二主梁为中间底部带有凹槽的矩形横梁；第二主梁靠近中心位置有2个螺纹孔，第二主梁下底部凸台与十字梁螺纹连接，上表面与顶盖相连，凹槽与下U型梁相连，第二主梁两端与第二浮动梁相连；所述第二浮动梁为2根矩形薄壁梁，其截面为矩形，上端与主梁相连，下端与第一支脚相连；所述第一支脚上有2个连接孔，用于与基座的中部凸台相连；所述下U型梁由第三主梁、第三浮动梁和第二支脚组成；所述第三主梁为中间顶部带有凹槽的矩形横梁；第三主梁靠近中心位置有2个螺纹孔，第三主梁下底部凸台与十字梁螺纹连接，上表面与顶盖相连，凹槽与上U型梁相连，第三主梁两端与第三浮动梁相连；所述第三浮动梁为2根矩形薄壁梁，其截面为矩形，上端与主梁相连，下端与第二支脚相连；所述第二支脚上有2个连接孔，用于与基座的中部凸台相连；
[0009]双U型梁的上U型梁和下U型梁通过凹槽过盈配合；通过螺纹连接将双U型梁与十字梁的连接孔连接；将十字梁方角连接孔与基座的中部凸台螺纹连接，将双U型梁第一支脚、第二支脚连接孔与基座的中部凸台螺纹连接；通过螺纹连接将顶盖与十字梁的施力孔连接；底盖通过安装孔与基座相连接；
[0010]所述组合式六维力传感器的测量原理在于：将24个应变片溅射在主梁上，形成6组惠斯通电桥，十字梁上3组，双U型梁上3组。其中，第二主梁靠近中心侧壁上共4个应变片，组成测量X方向作用力Fx的电桥电路；第三主梁靠近中心侧壁上共4个应变片，组成测量Y方向作用力Fy的电桥电路；第一主梁X方向的2根横梁的上下表面靠近中心台共4个应变片，组成测量Z方向作用力Fz的电桥电路；第一主梁的Y方向的2根横梁的上下表面远离中心台共4个应变片，组成测量X方向作用力矩Mx的电桥电路；第一主梁的X方向的2根横梁的上下表面远离中心台共4个应变片，组成测量Y方向作用力矩My的电桥电路；第二主梁远离中心的侧壁上共4个应变片，组成测量Z方向作用力矩Mz的电桥电路。当某一维度的力/力矩作用于十字横梁中心时，传感器发生形变，相应位置的应变片阻值发生变化，使得对应电桥的输出电压改变，通过测量电压的变化量即可获得该维度力/力矩的数值。
[0011]本专利技术的有益效果是：
[0012](1)本专利技术所设计的可实现溅射工艺的组合式六维力传感器避免了多维力传感器采用贴片方式时稳定性低、耐温耐湿性差等问题，提高了传感器的稳定性。
[0013](2)本专利技术所设计的可实现溅射工艺的组合式六维力传感器基于电阻应变原理，敏感部分采用矩形梁结构，测量灵敏度高；
[0014](3)本专利技术所设计的可实现溅射工艺的组合式六维力传感器采用十字梁和双U型梁组合式结构，同时采用了主梁与浮动梁结合，有效降低了维间耦合误差，具有较好的测量精度；
[0015](4)本专利技术所设计的可实现溅射工艺的组合式六维力传感器结构简单，易于加工。
附图说明
[0016]图1为本专利技术的十字梁的结构示意图。
[0017]图2为本专利技术的上U型梁的结构示意图。
[0018]图3为本专利技术的下U型梁的结构示意图。
[0019]图4为本专利技术的基座结构示意图。
[0020]图5为本专利技术的装配示意图1。
[0021]图6为本专利技术的装配示意图2。
[0022]图7为本专利技术的应变片贴片位置示意图。
[0023]图8为本专利技术中6组电桥电路示意图。
[0024]附图标识列表：
[0025]10、十字梁，11、中心台，12、第一主梁，13、第一浮动梁，14、方角，15、应变片，16
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1、16
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2、16
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3、16
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4、施力孔，20、双U型梁，30、上U型梁，31、第二主梁，32、第二浮动梁，33、第一支脚，40、下U型梁，41、第三主梁，42、第三浮动梁，43、第二支脚，51、基座，50、顶盖，52、底盖，53、中部凸台。
具体实施方式
[0026]下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本专利技术，应理解下述具体实施方式仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。
[0027]如图1和图5所示，为方便描述方向，建立一个如图1所示的空间笛卡尔坐标系。本专利技术提出了一种可实现溅射工艺的组合式六维力传感器，包括十字梁10、双U型梁20、基座51、顶盖50、底盖52和应变片15；
[0028]如图1所示，所述十字梁10由中心台11、第一主梁12、第一浮动梁13和方角14组成；所述中心台11为一长方体结构的柱体，其截面为正方形；中心台11上有4个施力孔16
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1/2/3/4和4个连接孔，力和力矩通过施力孔16
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1/2/3/4作用于中心台11上，中心台11上表面通过4个连接孔与双U型梁20连接；中心台11的四个侧面与第一主梁12相连；所述第一主梁12为4根矩形横梁，其截面为正方形；第一主梁12的一端与中心台11相连，另一端与第一浮动梁13相连；所述第一浮动梁13为4根矩形薄壁梁，其截面为矩形；第一浮动本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种可实现溅射工艺的组合式高精度六维力传感器结构，其特征在于：包括十字梁（10）、双U型梁（20）、基座（51）、顶盖（50）、底盖（52）和应变片（15）；所述十字梁（10）由中心台（11）、第一主梁（12）、第一浮动梁（13）和方角（14）组成；所述中心台（11）为一长方体结构的柱体，其截面为正方形；中心台（11）上有4个施力孔（16
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1/2/3/4）和4个连接孔，力和力矩通过施力孔（16
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1/2/3/4）作用于中心台（11）上，中心台（11）上表面通过4个连接孔与双U型梁（20）连接；中心台（11）的四个侧面与第一主梁（12）相连；所述第一主梁（12）为4根矩形横梁，其截面为正方形；第一主梁（12）的一端与中心台（11）相连，另一端与第一浮动梁（13）相连；所述第一浮动梁（13）为4根矩形薄壁梁，其截面为矩形；第一浮动梁（13）内侧面中心与第一主梁（12）相连，两端与方角（14）相连；所述方角（14）为4个长方体结构的柱体，其截面为正方形；方角（14）上有4个连接孔，用以与基座（51）的中部凸台（53）相连；中心台（11）在十字梁（10）的中间位置，第一浮动梁（13）在十字梁（10）的外围；所述双U型梁（20）由上U型梁（30）和下U型梁（40）组成；所述上U型梁（30）由第二主梁（31）、第二浮动梁（32）和第一支脚（33）组成；所述第二主梁（31）为中间底部带有凹槽的矩形横梁；第二主梁（31）靠近中心位置有2个螺纹孔，第二主梁（31）下底部凸台与十字梁（10）螺纹连接，上表面与顶盖（50）相连，凹槽与下U型梁（40）相连，第二主梁（31）两端与第二浮动梁（32）相连；所述第二浮动梁（32）为2根矩形薄壁梁，其截面为矩形，上端与第二主梁（31）相连，下端与第一支脚（33）相连；所述第一支脚（33）上有2个连接孔，用于与基座（51）的中部凸台（53）相连；所述下U型梁（40）由第三主梁（41）、第三浮动梁（42）和第二支脚（43）组成；所述第三主梁（41）为中间顶部带有凹槽的矩形横梁；第三主梁（41）靠近中心位置有2个螺纹孔，第三主梁（41）下底部凸台与十字梁（10）螺纹连接，上表面与顶盖（50）相连，凹槽与上U型梁（30）相连，第三主梁（41）两端与第三浮动梁（42）相连；所述第三浮动梁（42）为2根矩形薄壁梁，其截面为矩形，上端与第三主梁（41）相连，下端与第二支脚（43）相连；所述第二支脚（43）上有2个连接孔，用于与基座（51）的中部凸台（53）相连；双U型梁（20）的上U型梁（30）和下U型梁（40）通过凹槽过盈配合；通过螺纹连接将双U型梁（20）与十字梁（10）的连...
【专利技术属性】
技术研发人员：宋爱国，徐菁菁，陈宇涵，徐宝国，李会军，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：
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