本发明专利技术公开了一种并联式压电六维大力传感器，其特征是：包括上盖、力敏元件、导线、密封圈、预紧螺钉、下盖、螺钉孔、空心螺钉，所述上盖下部上开有圆环形上盖凹槽，所述下盖上部设有圆环形下盖凸部，所述下盖凸部上表面上有同圆均布的四组凸台，所述每个凸台上分别放置所述力敏元件，所述上盖与下盖通过所述上盖凹槽和下盖凸部配合，所述力敏元件上表面与所述凹槽表面接触，在所述上盖侧壁上安装有所述空心螺钉，所述预紧螺钉通过通孔将上盖、力敏元件、下盖固定为一体，所述上盖上表面、下盖下表面上分别设置有螺钉孔。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于传感器及其测控
，特别涉及基于并联结构的压电式六维力传感器，可用于测量空间三维力分量和力矩分量。
技术介绍
核电、造船、化工、国防等领域的大型构件精确高效制造迫切需要重载操作装备。 重载制造装备是制造产业链中的基础装备，是国家极端制造能力和制造水平的体现，是国民经济和国防安全的重要保障。重载操作装备是在极端载荷条件下作业的巨型工业机器人，可实现灵巧的多维力位操作。在制造过程中，操作装备通常是与加工装备协调操作的， 操作装备的末端执行机构对于制造过程中的工件变形所造成的位移需具有力顺应性和位置顺应性，以避免因约束冲突造成的载荷剧增或夹持失效。在重载操作装备操作过程中，六维力测量以及实时力反馈是实现多装备协调操作控制、力顺应控制的基础，也是研制重载操作装备及其它重型装备的技术基础。六维力传感器是机器人智能化不可缺少的组成部分。机器人用六维力传感器成为国内外学者研究的热点课题，专利技术了多种六维力传感器。在机器人力传感器研究中，力敏元件的结构设计是核心关键问题，因为结构在一定程度上决定了传感器性能的优劣。目前，国内外六维力传感器的测量原理主要是采用在复杂的弹性体上粘贴应变片的方式，通过对应变片的输出信号进行解耦运算得到六维力信号。专利CN2233081Y中公开了一种由盘体结构和筒体结构相结合的一体化六维力/力矩传感器，专利CN2066134U公开了一种圆筒形上下结构六维力/力矩传感器，专利CN1013^208A和CN1013^207A中公开了两种双层上下结构六维力传感器，两者都是Mewart式并联结构组合件，专利CN1263259 公开的整体预紧平台式六维力传感器，这类六维力传感器有的结构复杂、有的尺寸大、有的刚度低、有的应变灵敏度低、有的解耦困难，加工这类六维力传感器需要高精度的加工设备，加工难度大，另外，由于这类传感器的各方向上存在耦合现象，需要对其输出信号进行复杂的解耦运算才能得到输出结果，且这类测量范围较小，多用于小力值测量，也不能满足动态测量的要求。专利CN00119096. 2中公开了一种利用厚膜技术，在膜片上烧结厚膜力敏电阻，通过解耦的方式实现对六维力信号的测量方法，这种方法虽然克服了传统六维力传感器粘贴应变片方式的绝大部分缺点，但各方向上仍然存在耦合现象，仍然需要对力敏电阻的输出信号进行进一步的解耦运算才能得到输出结果。专利CN101013054中公开了一种差动式压电六维力传感器和CN101750173A中公开了一种压电式六维力传感器，在传力机构上安装八个或两个多维压电式力传感器，外力信息通过传力机构直接施加在各个传感器上，避免了弹性体对传感器的影响，无维间耦合， 工艺简单，但这类六维力传感器对各个传感器的安装精度要求高，对同型号传感器的一致性也要求较高。专利CN101149300中公开了一种压电式六维大力传感器，该结构传感器可以实现大量程六维力动态测量，它采用^ewart结构，存在解耦困难的问题，体积大，且对安装要求精度很高。专利CN10114i^99中公开了一种三维力整体组装式六维测力传感器，该结构传感器调整安装方便，能测量空间六维大力，但是结构复杂，解耦困难。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服上述六维力传感器结构及解耦的缺陷，设计一种技术性能好，工作可靠，易于安装和维修，便于推广使用的耦合系数小、灵敏度高、強解耦、 高刚性、大测量量程、动态性能好的压电式六维力传感器。一种并联式压电六维大力传感器，其特征是包括上盖(1)、力敏元件(2)、导线 (3)、密封圈(4)、(4')、预紧螺钉(5)、下盖(6)、螺钉孔(7)、(8)、空心螺钉(9)，所述上盖 (1)下部上开有圆环形上盖凹槽(e)，所述下盖(6)上部设有圆环形下盖凸部(f)，所述下盖凸部(f)上表面上有同圆均布的四组凸台(10)，所述每个凸台(10)上分别放置所述力敏元件(2)，所述上盖(1)与下盖(6)通过所述上盖凹槽(e)和下盖凸部(f)配合，所述力敏元件上表面(b)与所述凹槽表面(a)接触，在所述上盖(1)侧壁上安装有所述空心螺钉(9)，所述预紧螺钉(5)通过通孔(j)将上盖(1)、力敏元件(2)、下盖(6)固定为一体，所述上盖上表面(m)、下盖下表面(η)上分别设置有螺钉孔(7)、(8)。作为对本技术方案的进一步限定，所述力敏元件(2)包括垫片(11)、石英晶片 (12)、电极(13)和导线(3)，所述力敏元件(2)安装于凸台上表面(d)上，所述力敏元件(2) 包括12片压电石英晶片(12)，每个石英晶片(12)表面贴有电极(13)，所述12片石英晶片 (12)并联连接后通过所述导线(3)经所述空心螺钉(9)引出。作为对本技术方案的进一步限定，所述上盖上表面(m)上开有5排同圆的螺钉孔 (7)，所述上盖(1)上设有的内壁(k)和外壁(k')，所述下盖上表面(i)上开有导线槽(g)， 所述下盖下表面(η)上开有2排同圆的螺钉孔(8)。作为对本技术方案的进一步限定，所述每个力敏元件(2)坐标系与传感器坐标系保持一致。作为对本技术方案的进一步限定，所述上盖的下表面(h)上开有两个密封圆环槽， 其内各放置有密封圈(4)、(4')，所述密封圈(4)、(4')与所述下盖的上表面(i)接触。作为对本技术方案的进一步限定，所述预紧螺钉(5)的数量为4个。与现有技术相比，本专利技术的优点和积极效果是本专利技术通过改变传感器上盖内、外璧的厚度，实现不同的分载比，达到测量不同量程范围力的效果。该传感器结构简单、对称性好，刚性好，工艺性好、稳定性好、制造容易，寿命长，操作简单、使用方便、成本低，灵敏度高、易于解耦，易于产品化、横向干扰小。由于上盖和下盖均开有同圆的螺钉孔，因此可用于面上和轴上两种方式受变量程的六维静态力、动态力、瞬态力的测量，也可以作为在线监测装置或自适应控制系统反馈元件。由于结构简单，所以该传感器的成本大大降低，它具有较高的力一电转换效率，可以测量静态力、动态力和瞬态力。本传感器可用于串联方式的面上空间六维力的测量，也可用于并联方式的轴上空间六维力的测量，用途广泛。附图说明图1为本专利技术下盖的俯视图。图2为图1的A-A剖面图。图3为图2的I部分的局部放大图。图4为本专利技术下盖的俯视图。图5为本专利技术下盖的仰视图。图6为本专利技术中传感器的工作三维直角坐标系和各石英晶片的局部坐标系图。图7为本专利技术力敏元件结构示意图。图8为本专利技术并联式压电六维力传感器装配示意图。图中1-上盖，2-力敏元件，3-导线，4、4'-密封圈，5_预紧螺钉，6_下盖，7、 8-螺钉孔，9-空心螺钉，10-凸台，11-垫片，12-石英晶片，13-电极，a_凹槽表面，b_力敏元件上表面，C-力敏元件下表面，d-凸台上表面，e-上盖凹槽，f_下盖凸部，g_下盖导线槽，h-上盖下表面，i-下盖上表面，j-通孔，k-上盖内壁，k'-上盖外壁，m-上盖上表面， η-下盖下表面，S1 > s2 > S3、S4 -4组力敏元件。具体实施例方式下面结合附图和优选实施例对本专利技术作更进一步的详细说明。参见图1 一图8，所述上盖1下表面上开有圆环形凹槽e，所述下盖6上表面上有圆环形凸部f，所述凸部f上表面上有同圆均布的四组凸台10，所述每个凸台10上分别放本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种并联式压电六维大力传感器，其特征是：包括上盖（１）、力敏元件（２）、导线（３）、密封圈（４）、（４′）、预紧螺钉（５）、下盖（６）、螺钉孔（７）、（８）、空心螺钉（９），所述上盖（１）下部上开有圆环形上盖凹槽（ｅ），所述下盖（６）上部设有圆环形下盖凸部（ｆ），所述下盖凸部（ｆ）上表面上有同圆均布的四组凸台（１０），所述每个凸台（１０）上分别放置所述力敏元件（２），所述上盖（１）与下盖（６）通过所述上盖凹槽（ｅ）和下盖凸部（ｆ）配合，所述力敏元件上表面（ｂ）与所述凹槽表面（ａ）接触，在所述上盖（１）侧壁上安装有所述空心螺钉（９），所述预紧螺钉（５）通过通孔（ｊ）将上盖（１）、力敏元件（２）、下盖（６）固定为一体，所述上盖上表面（ｍ）、下盖下表面（ｎ）上分别设置有螺钉孔（７）、（８）。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李映君，艾长胜，王桂从，李长春，马汝建，张如剑，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：88
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