一种微型应变式六维力传感器及其标定装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种微型应变式六维力传感器及其标定装置，传感器包括弹性体

【技术实现步骤摘要】
一种微型应变式六维力传感器及其标定装置


[0001]本专利技术涉及多维力传感器以及静态标定
，更具体的说是涉及一种微型应变式六维力传感器及其标定装置
。

技术介绍

[0002]机械手作为机器人的末端执行器，在上身操作和完成抓取任务中起到了至关重要的作用，被广泛应用于工业生产
、
医疗卫生
、
军事等领域
。
随着机械手应用的不断拓展，对其精确控制和灵敏感知能力的需求也日益增长
。
[0003]机械手的任务复杂多样，需要根据不同情况进行灵活
、
准确的运动控制
。
而力是机械手与外界物体互动的重要参数之一，准确感知外界施加在机械手上的力，对机械手的运动控制至关重要
。
多维力传感器作为机械手的重要组成部分，可以实现对各方向力和力矩的准确测量，为机械手的精确控制提供了必要的信息
。
其中六维力
/
力矩传感器作为多维力传感器的一种，能够完整测量笛卡尔坐标系下
X、Y、Z
方向的力和力矩
。
[0004]但是，目前仿人机器人
、
医疗机器人等各类机器人的小型化发展趋势对小型多维力传感器的性能研究和应用研究提出了迫切需求，目前小型六维力传感器无法在小型化的同时保证其静动态性能
。
比如中国专利技术专利
CN116337323A
公开了一种六维力传感器动态标定用加载机构，通过四个方形立柱实现力与力矩的加载，结构复杂，对于微型六维力传感器，复杂结构的标定装置会造成加工困难导致成本增加，且无法精准实现只有一个固定螺栓的微型传感器的定位；又如中国专利技术专利
CN116046257A
公开了一种六维力传感器简易标定装置及标定方法，需要多个螺栓实现多维力传感器的定位，无法满足微型传感器的要求；又如中国技术专利
CN205449351U
公开了一种小型三维力传感器，采用两个悬臂型双孔平行梁结构弹性体实现力的测量，但是无法实现力矩的测量
。
[0005]因此，提供一种微型应变式六维力传感器及其标定装置是本领域技术人员亟需解决的问题
。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提供了一种微型应变式六维力传感器及其标定装置，具有高灵敏度
、
良好的各向同性以及低维间耦合等优点，适用于机械手指尖或者小型机器人腕部的六维力测量
。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]一种微型应变式六维力传感器，包括：
[0009]弹性体，所述弹性体包括从下到上依次连接为一体的固定螺柱
、
底座
、4
个倒
L
形敏感梁和导力柱，4个所述倒
L
形敏感梁沿所述底座周向均匀分布，每个所述倒
L
形敏感梁均包括连接为一体的垂直浮动梁和水平十字梁，所述垂直浮动梁与所述底座连接为一体；所述导力柱位于4个所述水平十字梁之间；
[0010]3组力矩测量应变片和3组力测量应变片，3组所述力矩测量应变片分别粘贴于所
述水平十字梁的上下及左右两侧，3组所述力测量应变片分别粘贴于所述垂直浮动梁的内外两侧，以组成6组惠斯通电桥；
[0011]电路板，所述电路板卡接于所述底座上且位于4个所述垂直浮动梁之间；3组所述力矩测量应变片和3组所述力测量应变片分别与所述电路板电性连接
。
[0012]通过采取以上技术方案，本专利技术的有益效果：
[0013]采用水平十字梁和垂直浮动梁的组合，3组力矩测量应变片粘贴于水平十字梁，3组力测量应变片粘贴于垂直浮动梁，实现了
X、Y、Z
方向所有力与力矩的全桥测量，且水平十字梁和垂直浮动梁在空间中垂直相交，可以减小力与力矩之间的维间耦合
。
[0014]进一步的，还包括外壳和固定螺栓，所述外壳底部具有与所述底座形状适配的过载保护槽，所述外壳顶部具有方形定位槽，所述方形定位槽中部开设有安装孔；所述外壳套合在所述弹性体上，使得所述底座嵌合在所述过载保护槽内，所述导力柱嵌合在所述方形定位槽内；所述固定螺栓贯穿所述安装孔旋拧在所述导力柱上
。
[0015]进一步的，3组所述力测量应变片分别为
X
方向力测量应变片组
、Y
方向力测量应变片组和
Z
方向力测量应变片组，所述
X
方向力测量应变片组粘贴于位于
X
方向的两个所述垂直浮动梁靠近所述底座的内外两侧；所述
Y
方向力测量应变片组粘贴于位于
Y
方向的两个所述垂直浮动梁靠近所述底座的内外两侧；所述
Z
方向力测量应变片组粘贴于位于
X
方向的两个所述垂直浮动梁远离所述底座的内外两侧；3组所述力矩测量应变片分别为
X
方向力矩测量应变片组
、Y
方向力矩测量应变片组和
Z
方向力矩测量应变片组，所述
X
方向力矩测量应变片组粘贴于位于
Y
方向的两个所述水平十字梁远离所述导力柱的上下面；所述
Y
方向力矩测量应变片组粘贴于位于
X
方向的两个所述水平十字梁远离所述导力柱的上下面；所述
Z
方向力矩测量应变片组粘贴于位于
Y
方向的两个所述水平十字梁靠近所述导力柱的左右两侧
。
[0016]进一步的，4个垂直浮动梁分别为第一垂直浮动梁
、
第二垂直浮动梁
、
第三垂直浮动梁和第四垂直浮动梁，其中所述第一垂直浮动梁和所述第二垂直浮动梁沿
X
方向分布，所述第三垂直浮动梁和所述第四垂直浮动梁沿
Y
方向分布；4个所述水平十字梁分别为第一水平十字梁
、
第二水平十字梁
、
第三水平十字梁和第四水平十字梁，所述第一水平十字梁和所述第二水平十字梁沿
X
方向分布，所述第三水平十字梁和所述第四水平十字梁沿
Y
方向分布；所述
X
方向力测量应变片组包括
Rx1
应变片
、Rx2
应变片
、Rx3
应变片和
Rx4
应变片，所述
Rx1
应变片粘贴于所述第一垂直浮动梁靠近所述底座的外侧，所述
Rx3
应变片粘贴于所述第一垂直浮动梁靠近所述底座的内侧，所述
Rx2
应变片粘贴于所述第二垂直浮动梁靠近所述底座的内侧，所述
Rx4
应变片粘贴于所述第二垂直浮动梁靠近所述底座的外侧；所述
Rx1
应变片
、
所述
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种微型应变式六维力传感器，其特征在于，包括：弹性体，所述弹性体包括从下到上依次连接为一体的固定螺柱
、
底座
、4
个倒
L
形敏感梁和导力柱，4个所述倒
L
形敏感梁沿所述底座周向均匀分布，每个所述倒
L
形敏感梁均包括连接为一体的垂直浮动梁和水平十字梁，所述垂直浮动梁与所述底座连接为一体；所述导力柱位于4个所述水平十字梁之间；3组力矩测量应变片和3组力测量应变片，3组所述力矩测量应变片分别粘贴于所述水平十字梁的上下及左右两侧，3组所述力测量应变片分别粘贴于所述垂直浮动梁的内外两侧，以组成6组惠斯通电桥；电路板，所述电路板卡接于所述底座上且位于4个所述垂直浮动梁之间；3组所述力矩测量应变片和3组所述力测量应变片分别与所述电路板电性连接
。2.
根据权利要求1所述的一种微型应变式六维力传感器，其特征在于，还包括外壳和固定螺栓，所述外壳底部具有与所述底座形状适配的过载保护槽，所述外壳顶部具有方形定位槽，所述方形定位槽中部开设有安装孔；所述外壳套合在所述弹性体上，使得所述底座嵌合在所述过载保护槽内，所述导力柱嵌合在所述方形定位槽内；所述固定螺栓贯穿所述安装孔旋拧在所述导力柱上
。3.
根据权利要求1所述的一种微型应变式六维力传感器，其特征在于，3组所述力测量应变片分别为
X
方向力测量应变片组
、Y
方向力测量应变片组和
Z
方向力测量应变片组，所述
X
方向力测量应变片组粘贴于位于
X
方向的两个所述垂直浮动梁靠近所述底座的内外两侧；所述
Y
方向力测量应变片组粘贴于位于
Y
方向的两个所述垂直浮动梁靠近所述底座的内外两侧；所述
Z
方向力测量应变片组粘贴于位于
X
方向的两个所述垂直浮动梁远离所述底座的内外两侧；3组所述力矩测量应变片分别为
X
方向力矩测量应变片组
、Y
方向力矩测量应变片组和
Z
方向力矩测量应变片组，所述
X
方向力矩测量应变片组粘贴于位于
Y
方向的两个所述水平十字梁远离所述导力柱的上下面；所述
Y
方向力矩测量应变片组粘贴于位于
X
方向的两个所述水平十字梁远离所述导力柱的上下面；所述
Z
方向力矩测量应变片组粘贴于位于
Y
方向的两个所述水平十字梁靠近所述导力柱的左右两侧
。4.
根据权利要求3所述的一种微型应变式六维力传感器，其特征在于，4个垂直浮动梁分别为第一垂直浮动梁
、
第二垂直浮动梁
、
第三垂直浮动梁和第四垂直浮动梁，其中所述第一垂直浮动梁和所述第二垂直浮动梁沿
X
方向分布，所述第三垂直浮动梁和所述第四垂直浮动梁沿
Y
方向分布；4个所述水平十字梁分别为第一水平十字梁
、
第二水平十字梁
、
第三水平十字梁和第四水平十字梁，所述第一水平十字梁和所述第二水平十字梁沿
X
方向分布，所述第三水平十字梁和所述第四水平十字梁沿
Y
方向分布；所述
X
方向力测量应变片组包括
Rx1
应变片
、Rx2
应变片
、Rx3
应变片和
Rx4
应变片，所述
Rx1
应变片粘贴于所述第一垂直浮动梁靠近所述底座的外侧，所述
Rx3
应变片粘贴于所述第一垂直浮动梁靠近所述底座的内侧，所述
Rx2
应变片粘贴于所述第二垂直浮动梁靠近所述底座的内侧，所述
Rx4
应变片粘贴于所述第二垂直浮动梁靠近所述底座的外侧；所述
Rx1
应变片
、
所述
Rx2
应变片
、
所述
Rx3
应变片和所述
Rx4
应变片组成测量
x
方向作用力的惠斯通电桥；所述
Y
方向力测量应变片组包括
Ry1
应变片
、Ry2
应变片
、Ry3
应变片和
Ry4
应变片，所述
Ry1
应变片粘贴于所述第三垂直浮动梁靠近所述底座的外侧，所述
Ry3
应变片粘贴于所述第三垂直浮动梁靠近所述底座的内侧，所述
Ry2
应变片粘贴于所述第四垂直浮动梁靠近所述底座的内侧，所述
Ry4
应变片粘贴于所述第
四垂直浮动梁靠近所述底座的外侧；所述
Ry1
应变片
、
所述
Ry2
应变片
、
所述
Ry3
应变片和所述
Ry4
应变片组成测量
y
方向作用力的惠斯通电桥；所述
Z
方向力测量应变片组包括
Rz1
应变片
、Rz2
应变片
、Rz3
应变片和
Rz4
应变片，所述
Rz1
应变片粘贴于所述第一垂直浮动梁远离所述底座的外...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鹏，戴裕强，张昌明，杨帆，李威，彭春雷，张弦，晏志鹏，刘忙贤，
申请(专利权)人：陕西理工大学，
类型：发明
国别省市：