【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于力测量设备相关，更具体地，涉及一种多维度可伸缩应变式力传感器及多维力测量方法。
技术介绍
1、近年来，随着检测技术的不断进步，精密仪器、高端制造、机器人、航空航天等领域对力传感器的需求日益增长。传统的力传感器往往只能进行单维测量，这限制了其在复杂应用中的使用效果。为了满足日益增长的多维力测量需求，多维力传感器应运而生。多维力传感器是一种能够同时测量多个方向上的力的传感器，能够为精密控制和信号监测提供多维数据。然而，现有的多维力传感器技术仍面临许多挑战，如交叉干扰、非线性误差以及稳定性和可靠性问题等，多维力传感器的应用场景越来越复杂，精度要求也越来越高。
2、应变式多维力传感器通常是采用形变结构、应变片、电桥电路等部件组成的测量装置，将力信号转化为电信号进行测量，具备精度高、成本低、输出信号易采集和处理等优点，在多个领域中得到了广泛应用。研究发现，虽然公开号为cn 116698259 a的专利公开了一种多维力传感器，但是此种多维力传感器用于测量不同方向力的装置之间的夹角固定，当需要测量的不同力之间的夹角与测力装置的夹角不同时，该多维力传感器便无法同时测量多个力。在实际应用中，多维力传感器会遇到来自不同方向的力之间的夹角不同的情况，且传感器的与不同被测点之间的距离也不同，导致传统的多维力传感器无法同时完成多个力的测量需求，不得不增加力传感器数量，提高测量成本，当空间位置受限时，甚至无法完成测量任务。
技术实现思路
1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技
2、为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种多维度可伸缩应变式力传感器，所述力传感器包括中心支架、多个转动组件、多个一维可伸缩应变式力传感器，多个所述转动组件的一端分别连接于所述中心支架，且绕所述中心支架的几何中心均匀排布，多个所述一维可伸缩应变式力传感器分别连接于多个所述转动组件的另一端；
3、所述转动组件包括转动杆及第一支撑座，所述转动杆相背的两端分别与所述中心支架及所述第一支撑座的一端形成转动连接，所述第一支撑座的另一端连接于所述一维可伸缩应变式力传感器；所述转动杆的两端所对应的转动轴线相互垂直。
4、进一步地，所述力传感器包括中心轴相互垂直的第一转轴及第二转轴，所述转动杆相背的两端分别固定连接于所述第一转轴及所述第二转轴，所述第一转轴及所述第二转轴分别转动地连接于所述中心支架及所述第一支撑座；所述第一转轴及所述第二转轴均具有两个工作状态，分别为锁定状态及可转动状态。
5、进一步地，所述第一转轴相背的两端分别螺纹连接有电磁吸盘，所述第二转轴相背的两端也分别螺纹连接有电磁吸盘，四个所述电磁吸盘分别与所述中心支架及所述第一支撑座相接触；通过对应的所述电磁吸盘的通电或者断电来使得所述第一转轴或者所述第二转轴处于锁定状态或者可转动状态。
6、进一步地，所述力传感器还包括外壳及连接于所述外壳的壳盖，所述中心支架及所述转动组件均位于所述外壳内；所述外壳的各个表面及所述壳盖均开设有圆形通孔，所述圆形通孔用于供所述一维可伸缩应变式力传感器穿过以凸出于所述外壳及所述壳盖。
7、进一步地，所述转动组件的数量为六个，所述一维可伸缩应变式力传感器的数量也为六个，所述外壳呈正方形，其形成有开口，所述壳盖设置在所述开口处以将所述外壳封闭。
8、进一步地，所述一维可伸缩应变式力传感器包括尾座、第一伸缩杆及测头，所述第一伸缩杆相背的两端分别连接于所述尾座的中部及所述测头，所述尾座相背的两端分别连接于所述第一支撑座远离所述转动杆的一端，所述第一伸缩杆通过伸长或者缩短来带动所述测头前进或者缩回。
9、进一步地，所述尾座为对称结构，其相背的两个表面分别开设有多个弧形槽；所述一维可伸缩应变式力传感器还包括多个应变片，多个所述应变片分别设置在所述弧形槽的底面上，且多个所述应变片构成惠斯通电桥。
10、进一步地，所述一维可伸缩应变式力传感器还包括可拆卸地连接于所述测头远离所述第一伸缩杆的一端的拉环；所述测头远离所述第一伸缩杆的一端开设有第一通孔，所述拉环包括弹簧卡扣，所述弹簧卡扣与所述第一通孔相配合，使得所述拉环可拆卸地连接于所述测头；通过所述拉环与所述测头的连接或者脱离使得所述一维可拉伸应变式力传感器能测量拉力或者压力。
11、进一步地，所述中心支架包括三个长方体柱状结构，三个长方体柱状结构的中部垂直相交，每个长方体柱状结构相背的两端分别转动地连接有所述转动组件；所述中心支架的材料为具有导磁性的高强度合金钢。
12、本专利技术还提供了一种多维力测量方法，所述方法是采用如上所述的多维度可伸缩应变式力传感器进行多维力测量的。
13、总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，本专利技术提供的多维度可伸缩应变式力传感器及多维力测量方法主要具有以下有益效果：
14、1.六个方向各设置一个一维可伸缩应变式力传感器，每个一维可伸缩应变式力传感器都可以绕不同方向偏转，当一维可伸缩应变式力传感器的测头转至受力方向时可以锁紧不再转动，用于同时测量来自不同方向夹角不同的力，有效地扩展了多维力传感器的应用场景。
15、2.一维可伸缩应变式力传感器通过伸缩杆的伸缩带动测头前进或者后退，当不同方向的被测点与传感器中心的距离不同时也能进行同时测量，当被测点与传感器的距离改变时也可以测量被测点的力，尤其适用于深孔底部等狭窄位置的力测量，当伸缩杆的长度改变时，可以在传感器标定台上完成即时标定，使用方便灵活。
16、3.所述力传感器既可以测量压力，又可以测量拉力，且只需要取下或者安装上拉环即可以实现测压力和测拉力的转换，操作方便。
17、4.六个一维可伸缩应变式力传感器之间相互独立，不存在耦合，无需考虑不同一维可伸缩应变式力传感器之间的交叉干扰和耦合误差，测量精度高。
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1.一种多维度可伸缩应变式力传感器，其特征在于：
2.如权利要求1所述的多维度可伸缩应变式力传感器，其特征在于：所述力传感器包括中心轴相互垂直的第一转轴及第二转轴，所述转动杆相背的两端分别固定连接于所述第一转轴及所述第二转轴，所述第一转轴及所述第二转轴分别转动地连接于所述中心支架及所述第一支撑座；所述第一转轴及所述第二转轴均具有两个工作状态，分别为锁定状态及可转动状态。
3.如权利要求2所述的多维度可伸缩应变式力传感器，其特征在于：所述第一转轴相背的两端分别螺纹连接有电磁吸盘，所述第二转轴相背的两端也分别螺纹连接有电磁吸盘，四个所述电磁吸盘分别与所述中心支架及所述第一支撑座相接触；通过对应的所述电磁吸盘的通电或者断电来使得所述第一转轴或者所述第二转轴处于锁定状态或者可转动状态。
4.如权利要求3所述的多维度可伸缩应变式力传感器，其特征在于：所述力传感器还包括外壳及连接于所述外壳的壳盖，所述中心支架及所述转动组件均位于所述外壳内；所述外壳的各个表面及所述壳盖均开设有圆形通孔，所述圆形通孔用于供所述一维可伸缩应变式力传感器穿过以凸出于所述外壳及所述
5.如权利要求4所述的多维度可伸缩应变式力传感器，其特征在于：所述转动组件的数量为六个，所述一维可伸缩应变式力传感器的数量也为六个，所述外壳呈正方形，其形成有开口，所述壳盖设置在所述开口处以将所述外壳封闭。
6.如权利要求4所述的多维度可伸缩应变式力传感器，其特征在于：所述一维可伸缩应变式力传感器包括尾座、第一伸缩杆及测头，所述第一伸缩杆相背的两端分别连接于所述尾座的中部及所述测头，所述尾座相背的两端分别连接于所述第一支撑座远离所述转动杆的一端，所述第一伸缩杆通过伸长或者缩短来带动所述测头前进或者缩回。
7.如权利要求6所述的多维度可伸缩应变式力传感器，其特征在于：所述尾座为对称结构，其相背的两个表面分别开设有多个弧形槽；所述一维可伸缩应变式力传感器还包括多个应变片，多个所述应变片分别设置在所述弧形槽的底面上，且多个所述应变片构成惠斯通电桥。
8.如权利要求6所述的多维度可伸缩应变式力传感器，其特征在于：所述一维可伸缩应变式力传感器还包括可拆卸地连接于所述测头远离所述第一伸缩杆的一端的拉环；所述测头远离所述第一伸缩杆的一端开设有第一通孔，所述拉环包括弹簧卡扣，所述弹簧卡扣与所述第一通孔相配合，使得所述拉环可拆卸地连接于所述测头；通过所述拉环与所述测头的连接或者脱离使得所述一维可拉伸应变式力传感器能测量拉力或者压力。
9.如权利要求6所述的多维度可伸缩应变式力传感器，其特征在于：所述中心支架包括三个长方体柱状结构，三个长方体柱状结构的中部垂直相交，每个长方体柱状结构相背的两端分别转动地连接有所述转动组件；所述中心支架的材料为具有导磁性的高强度合金钢。
10.一种多维力测量方法，其特征在于：所述方法是采用权利要求1-9任一项所述的多维度可伸缩应变式力传感器进行多维力测量的。
...【技术特征摘要】
1.一种多维度可伸缩应变式力传感器，其特征在于：
2.如权利要求1所述的多维度可伸缩应变式力传感器，其特征在于：所述力传感器包括中心轴相互垂直的第一转轴及第二转轴，所述转动杆相背的两端分别固定连接于所述第一转轴及所述第二转轴，所述第一转轴及所述第二转轴分别转动地连接于所述中心支架及所述第一支撑座；所述第一转轴及所述第二转轴均具有两个工作状态，分别为锁定状态及可转动状态。
3.如权利要求2所述的多维度可伸缩应变式力传感器，其特征在于：所述第一转轴相背的两端分别螺纹连接有电磁吸盘，所述第二转轴相背的两端也分别螺纹连接有电磁吸盘，四个所述电磁吸盘分别与所述中心支架及所述第一支撑座相接触；通过对应的所述电磁吸盘的通电或者断电来使得所述第一转轴或者所述第二转轴处于锁定状态或者可转动状态。
4.如权利要求3所述的多维度可伸缩应变式力传感器，其特征在于：所述力传感器还包括外壳及连接于所述外壳的壳盖，所述中心支架及所述转动组件均位于所述外壳内；所述外壳的各个表面及所述壳盖均开设有圆形通孔，所述圆形通孔用于供所述一维可伸缩应变式力传感器穿过以凸出于所述外壳及所述壳盖。
5.如权利要求4所述的多维度可伸缩应变式力传感器，其特征在于：所述转动组件的数量为六个，所述一维可伸缩应变式力传感器的数量也为六个，所述外壳呈正方形，其形成有开口，所述壳盖设置在所述开口处以将所述外壳封闭。
6.如权利要求4所述的多维度可伸缩应变式力传感器，...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈学东，周书柳，李小清，袁忠湘，肖子玉，洪才林，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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