六分量力传感器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种力学参数传感装置，尤其涉及一种用于需要同时检测和传感空间广义力的六个正交分量的机器人执行机构或工程检测装备的传感器。本实用新型专利技术的六分量力传感器，包括主平台和辅助平台，主平台和辅助平台之间设置外壳，主平台沿圆周均匀间隔设置三个球铰，每个球铰上连接水平方向的支撑杆和竖直方向的支撑杆，球铰和支撑杆皆设置在外壳内；水平方向的支撑杆的末端与外壳联接，竖直方向的支撑杆与辅助平台联接。本实用新型专利技术结构对称紧凑和工艺简单等优点，可以用于实现单体式的也可以用于组合式的六分量力传感器；相对于基于经典Ｓｔｅｗａｒｔ六杆平台的六分量力传感器，本实用新型专利技术耦合程度小，并易于实现各项同性。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种力学参数传感装置，尤其涉及一种用于需要同时检测和传 感空间广义力的六个正交分量的机器人执行机构或工程检测装备的传感器。
技术介绍
空间任一广义力F，如附图说明图1所示，在给定的坐标系中一般可分解为六个分量，即 沿三个坐标轴的力矢分量Fx，Fy和Fz，以及绕三个坐标轴的力矩分量Mx，My和Mz ； 或者说，研究对象上某一点的受力状态复杂，但所受力总可在给定坐标系中分解为上述 六个分量。六分量力传感器就是用来同时检测和传感所受力的六个分量，广泛应用于机 器人、生物力学、精密装配、工程现场测试等领域。现有六分量力传感从结构形式上主要可分为单体式和组合式。前者利用单独的 弹性元件同时感应各个力分量；后者则是组合利用多个弹性元件分别感应各个力分量。 如图2所示，基于Stewart六杆平台机构的单体式六分量力传感器的研究和应用广泛。 其基本原理是基于经典Stewart六杆平台的结构，在六根杆上分别安装力敏元件，如应变 片，并通过对六个力敏元件传感的信号进行综合、分析、求解和输出所受力在给定坐标 系下的六个分量。如2008年8月20日公开的中国专利申请，公开号CN101246065A，其公开了一 种弹性铰并联6-UPUR六维测力平台，实现了六维力向六个分支上的分解。但这类六分 量力传感器，由于经典Stewart六杆平台机构的六根杆之间存在严重耦合关系，使得其力 学分析困难复杂，进而使得这类传感器的各向同性只有在传感器的结构尺寸之间具有特 定关系时才得到保证，并且，同一只传感器不能同时实现力的各向同性和力矩的各向同 性。另外，基于经典Stewart六杆平台的单体式六分量力传感器存在结构复杂、加工 制造困难等缺点，且多采用整体加工，如选用硬铝切割而成，这在一定程度上限制了它 的量程和使用范围。
技术实现思路
本技术的技术效果能够克服上述缺陷，提供一种六分量力传感器，其力学 分析简单，克服了同一只传感器不能同时实现力的各向同性和力矩的各向同性的缺陷。为实现上述目的，本技术采用如下技术方案其包括主平台和辅助平台， 主平台和辅助平台之间设置外壳，主平台沿圆周均勻间隔设置三个球铰，每个球铰上连 接水平方向的支撑杆和竖直方向的支撑杆，球铰和支撑杆皆设置在外壳内；水平方向的 支撑杆的末端与外壳联接，竖直方向的支撑杆与辅助平台联接。本技术采用一种改进型的六杆平台结构，然后在此基础上提出一种六分量 力传感器结构。通过在六根杆上设置力敏元件来实现单体式的，或直接采用六个已有的 压力传感器来构成组合式的六分量传感器，即支撑杆上设置力敏元件或支撑杆为压力传3感器。每个球铰连接两个支撑杆或每个球铰连接四个支撑杆(1)在平台上取间隔120度旋转对称的三点，设置三个具有三个旋转自由度的球 铰，三个球铰沿切向在与平台平行的平面内分别连接一根水平方向的支撑杆，在水平方 向的支撑杆的另一端采用具有两个旋转自由度的虎克铰联接于外壳上；另外，在三个球 铰处在平台的同侧沿平台的法向分别连接三根竖直方向的支撑杆，同样的，在竖直方向 的支撑杆的另一端采用虎克铰连接于下平台上。这样，当六根支撑杆具有伸缩功能时， 动平台将具有六个自由度的刚体运动。相邻的球铰之间设置辅助球铰，每个辅助球铰上设置竖直梁，竖直梁与竖直方 向的支撑杆位于主平台的同一侧。竖直梁为压力传感器或支撑杆上设置力敏元件。(2)在平台上取间隔120度旋转对称的三点，设置三个具有旋转自由度的球铰， 每个球铰沿切向在与平台平行的平面内分别连接两根水平方向的支撑杆，在水平方向的 支撑杆的另一端采用具有两个旋转自由度的虎克铰联接于外壳上；另外，在每个球铰处 在平台的同侧沿平台的法向分别连接两根竖直方向的支撑杆，同样的，在竖直方向的支 撑杆的另一端采用虎克铰连接于辅助平台。这样，当六根支撑杆具有伸缩功能时，动平 台将具有六个自由度的刚体运动。主平台的两侧各设置一个辅助平台，也就是说此种结构中，包括一个主平台以 及两侧的两个辅助平台，竖直方向的支撑杆分别与辅助平台固接。需要说明的是，所示结构中，球铰是复合球铰，即具有两个独立球铰的功能。 为了结构安排方便起见，也可将复合球铰分离为二，即，在连接水平支撑杆的球铰的中 间位置，如夹角60度，均布三个球铰，然后在平台的同侧沿平台的法向分别连接另外三 根竖直支撑杆。水平支撑杆的球铰与竖直支撑杆的球铰分布夹角的大小、分布半径的大 小以及所在平面的相对高度可根据具体结构尺寸的安排合理设置。而虎克铰和球铰的实 现方式也可根据具体要求采用关节轴承、球面轴承和柔性铰链机构等方式来实施。主平台上设有平台连接孔，外壳上设有外壳连接孔。平台联接孔用于与被测对 象进行联接紧固；而外壳联接孔用于将外壳，也即本传感器的整体的固定和安装。本技术的有益效果是基于改进型六杆平台的六分量力传感器同时实现空 间广义力的六分量检测传感；环境适应性好，可释放和消除温度变化造成的热变形；本 技术结构对称紧凑和工艺简单等优点，可以用于实现单体式的也可以用于组合式的 六分量力传感器；相对于基于经典Stewart六杆平台的六分量力传感器，本技术具有 耦合程度小，并易于实现各项同性。另外，本技术的预紧型可使得六分量力传感器 中的每个拉压力传感器总是工作在受压的状态，从而提高整体六分量力传感器的性能。以下结合附图和具体实施方式对本技术做详细描述图1为空间广义力坐标示意图；图2为
技术介绍
中的六分量力传感器结构示意图；图3为本技术的传感器外部整体示意图；图4为本技术的传感器拆除外壳后的正面视图；图5为图4的仰视图；图6为图4的俯视图；图7为本技术的六杆平台结构示意图；图8为图7的俯视图；图9本技术实施例1结构示意图；图10为实施例1水平受力结构示意图；图11为实施例1竖直受力结构示意图；图12为本技术实施例2结构示意图；图13为本技术实施例3结构示意图；图14为本技术实施例4结构示意图。图中1.外壳；2.主平台；3.辅助平台；4.水平方向的支撑杆；5.竖直方向的 支撑杆；6.球铰；7.虎克铰；8.辅助球铰；9.平台连接孔；10.外壳连接孔；11.水平方 向拉压力传感器；12.竖直方向拉压力传感器；13.力敏元件；14.竖直梁。具体实施方式实施例1本技术的传感器包括一个主平台2和一个辅助平台3，主平台2和辅助平台 3之间设置外壳1，主平台2沿圆周均勻间隔设置三个球铰6，每个球铰6上连接一个水平 方向的支撑杆4和一个竖直方向的支撑杆5，球铰6和支撑杆皆设置在外壳1内；水平方 向的支撑杆4的末端与外壳1固接，竖直方向的支撑杆5与辅助平台3固接。支撑杆为压力传感器，压力传感器包括水平方向拉压力传感器11和竖直方向拉 压力传感器12。支撑杆通过虎克铰7与外壳1、辅助平台3联接。主平台上设有平台连 接孔9，外壳1上设有外壳连接孔10。如图9所示，直接采用水平方向拉压力传感器11和竖直方向拉压力传感器12取 代图7中的水平方向的支撑杆4和竖直方向的支撑杆5，并结合处理电路来构成组合式六 分量力传感器。需要说明的是，为保证结构的对称性，拉压力传感器的选型可选为一种 或两种，即，对应于水平拉压力传感器组必须是一样的，对应于竖直拉压力传感器组也 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种六分量力传感器，其特征在于，包括主平台和辅助平台，主平台和辅助平台之间设置外壳，主平台沿圆周均匀间隔设置三个球铰，每个球铰上连接水平方向的支撑杆和竖直方向的支撑杆，球铰和支撑杆皆设置在外壳内；水平方向的支撑杆的末端与外壳联接，竖直方向的支撑杆与辅助平台联接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨锦堂，
申请(专利权)人：杨锦堂，
类型：实用新型
国别省市：95[中国|青岛]