一种基于剪应变检测的电阻应变式六维力传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于剪应变检测的电阻应变式六维力传感器。传感器包括传感器平台和电阻应变计，电阻应变计安装在传感器平台上，传感器平台安装在固定位置处，承力板安装在传感器平台上；每两个电阻应变计串联组成惠斯通全桥，惠斯通全桥电连接电压测量端和直流电源，电压测量端依次电连接放大电路、数据采集器和PC终端。本发明专利技术传感器的电阻应变计可以检测各梁受载后的剪应变，将电阻应变计连接成惠斯通电桥后可实现相应的载荷检测。本发明专利技术传感器体积小，结构简单，自重影响小，对贴片位置敏感度低，自身灵敏度高，可以精确的测试X、Y、Z三个方向上的力/力矩，可用于工业测量。可用于工业测量。可用于工业测量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于剪应变检测的电阻应变式六维力传感器


[0001]本专利技术涉及了一种力传感器，具体涉及一种基于剪应变检测的电阻应变式六维力传感器。

技术介绍

[0002]多维力传感器技术在人类的生产生活中都具有重要作用。例如，该技术可以提供运动机构、步态等方面的仿生力学资料，可用于自动化控制领域、机械手、机器人、自动化装配设备等场合。国内外研究人员已经开发了多种类型的多维力传感器。
[0003]目前研制出了的一种Waston六维腕力传感器，该传感器采用了上中下3层结构，由三根竖立的应变梁和上下两个轮缘构成，三个竖梁在轮缘上按120
°
排列，该传感器结构简单，横向效果好，承载能力强，但竖向效应较差，维间耦合较大。一种平面横梁结构的六维力传感器，它采用平面十字梁结构，作用于传感器的六维力与力矩通过梁的弯曲应变获得，该传感器灵敏度高，无径向效应、易于标定，但竖直方向抗过载能力较差，动态性能难以提高。一种电容式六维力传感器，3维力和3维力矩都可以通过其电容值的变化指示出来。一种压电式六维力传感器，有8个密封的敏感元件组成，动态范围较宽本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于剪应变检测的电阻应变式六维力传感器，其特征在于：包括传感器平台和十二个电阻应变计，各个电阻应变计安装在传感器平台上，传感器平台安装在固定位置处，承力板安装在传感器平台上；每两个电阻应变计串联组成惠斯通全桥，每个惠斯通全桥电连接各自的电压测量端和直流电源，各个电压测量端依次电连接放大电路、数据采集器和PC终端。2.根据权利要求1所述的一种基于剪应变检测的电阻应变式六维力传感器，其特征在于：所述的传感器平台由工字梁(2、4、6、8)、加载凸台(9)和固定平台(11)构成并一体成型，固定平台(11)为正方形板状的轴对称结构，固定平台(11)的正方形侧面的中心开设有垂直于自身的正方形通槽，正方形通槽的四个槽面分别平行于固定平台(11)的四个外侧面；加载凸台(9)位于正方形通槽的中心，加载凸台(9)为正四棱柱状，加载凸台(9)的四个外侧面分别通过工字梁(2、4、6、8)连接至正方形通槽的四个槽面，加载凸台(9)的四个外侧面分别平行于各自正对的正方形通槽的槽面，十二个电阻应变计安装在工字梁(2、4、6、8)上；加载凸台(9)的中心开设有长度方形平行于正方形通槽的槽面的贯通的中心螺纹孔(10)，固定平台(11)的四个角的对称位置处开设有平行于中心螺纹孔(10)的贯通的螺纹孔(1、3、5、7)，传感器平台的一侧正方形面通过螺纹孔(1、3、5、7)和四个螺栓安装在固定位置处，承力板通过中心螺纹孔(10)和一个螺栓安装在加载凸台(9)远离固定位置处的一侧面。3.根据权利要求2所述的一种基于剪应变检测的电阻应变式六维力传感器，其特征在于：所述的工字梁(2、4、6、8)分别位于加载凸台(9)的四个外侧面和各自正对的固定平台(11)的正方形通槽的槽面之间，工字梁(2、4、6、8)的两个平行的两侧板垂直于各自连接的正方形通槽的槽面并平行于中心螺纹孔(10)的长度方向，工字梁(2、4、6、8)的中间板垂直于各自连接的正方形通槽的槽面并垂直于中心螺纹孔(10)的长度方向；第一工字梁(2)位于第一螺纹孔(1)和第二螺纹孔(3)之间，第二工字梁(4)位于第二螺纹孔(3)和第三螺纹孔(5)之间，第三工字梁(6)位于第三螺纹孔(5)和第四螺纹孔(7)之间，第四工字梁(8)位于第一螺纹孔(1)和第四螺纹孔(7)之间，工字梁(2、4、6、8)上分别安装有三个电阻应变计。4.根据权利要求2所述的一种基于剪应变检测的电阻应变式六维力传感器，其特征在于：所述的加载凸台(9)的一侧正方形面位于固定平台(11)的正方形通槽外，加载凸台(9)的一侧正方形面与自身靠近的加载凸台(9)的一侧正方形面之间有间距，工字梁(2、4、6、8)靠近正方形通槽的一侧槽口的端面和加载凸台(9)的一侧正方形面平齐；加载凸台(9)的另一侧正方形面位于加载凸台(9)的正方形通槽外，加载凸台(9)的另一侧正方形面与自身靠近的加载凸台(9)的另一侧正方形面之间有间距，工字梁(2、4、6、8)靠近加载凸台(9)的另一侧正方形面的端面和加载凸台(9)的另一侧正方形面平齐；加载凸台(9)的一侧正方形通过中心螺纹孔(10)和一个螺栓安装有承力板，固定平台(11)的另一侧正方形面通过螺纹孔(1、3、5、7)和四个螺栓安装在固定位置处。5.根据权利要求4所述的一种基于剪应变检测的电阻应变式六维力传感器，其特征在于：所述的第一电阻应变计、第五电阻应变计和第十电阻应变计安装在第一工字梁(2)上，第一电阻应变计和第五电阻应变计安装在第一工字梁(2)的中间板的靠近承力板的一侧面上，第十电阻应变计安装在第一工字梁(2)的两侧板的其中一侧板的靠近第一螺纹孔(1)的一侧面上；第三电阻应变计、第八电阻应变计和第十二电阻应变计安装在第二工字梁(4)上，第三电阻应变计安装在第二工字梁(4)的中间板的靠近承力板的一侧面上，第八电阻应
变计和第十二电阻应变计安装在第二工字梁(4)的两侧板的其中一侧板的靠近第二螺纹孔(3)的一侧面上；第二电阻应变计、第六电阻应变计和第九电阻应变计安装在第三工字梁(6)上，第二电阻应变计和第六电阻应变计分别安装在第三工字梁(6)的中间板的远离和靠近承力板的一侧面上，第九电阻应变计安装在第三工字梁(6)的两侧板的其中一侧板的靠近第三螺纹孔(5)的一侧面上；第四电阻应变计、第七电阻应变计和第十一电阻应变计安装在第四工字梁(8)上，第四电阻应变计安装在第四工字梁(8)的中间板的靠近承力板的一侧面上，第七电阻应变计安装在第四工字梁(8)的两侧板的其中一侧板的靠近第四螺纹孔(7)的一侧面上，第十一电阻应变计安装在第四工字梁(8)的两侧板的另外一侧板的靠近第一螺纹孔(1)的一侧面上；第一电阻应变计和第二电阻应变计、第三电阻应变计和第四电阻应变计、第五电阻应变计和第六电阻应变计、第七电阻应变计和第八电阻应变计、第九电阻应变计和第十电阻应变计以及第十一电阻应变计和第十二电阻应变计分别串联组成惠斯通全桥。6.根据权利要求5所述的一种基于剪应变检测的电阻应变式六维力传感器，其特征在于：所述的传感器平台以第一螺纹孔(1)的中心和第二螺纹孔(3)的中心的连线方向为X轴正向，以第二螺纹孔(3)中心和第三螺纹孔(5)中心的连线方向为Y轴正向，以加载凸台(9)的另一侧正方形面至一侧正方形面的直线方向为Z轴正向；所述的每个电阻应变计包括串联的两个应变片，两个应变片的其中一端相靠近并呈90
°
；第一电阻应变计包括第一应变片R1和第二应变片R2，第五电阻应变计包括第九应变片R9和第十应变片R10，第十电阻应变计包括第十九应变片R19和第二十应变片R20，第一应变片R1、第二应变片R2、第九应变片R9和第十应变片R10贴在第一工字梁(2)的中间板的朝向Z轴正向的一侧面的中心并呈对称于X轴和Y轴的十字分布；第十九应变片R19和第二十应变片R20对称于第一工字梁(2)的中间板所在的平面并且两者间的交点位于第一工字梁(2)的两侧板的其中一侧板的中心，第十九应变片R19和第二十应变片R20的90
°
开口朝向加载凸台(9)；第三电阻应变计包括第五应变片R5和第六应变片R6，第八电阻应变计包括第十五应变片R15和第十六应变片R16，第十二电阻应变计包括第二十三应...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋逸，钟似辉，文亚，王芳楠，吴化平，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：