[发明专利]一种具有过载保护功能的十字梁式六维力传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种六维力传感器，具体涉及一种具有过载保护功能的十字梁式六维力传感器。

背景技术

随着科学技术的发展，机器人技术越来越多的被应用于各种场合，如搬运、焊接、装配等。机器人技术的一个核心问题是智能化，六维力传感器因能同时感知三维空间中的全力信息，是作为空间机器人智能化特征的一个关键部件。六维力传感器的核心是弹性体的设计，弹性体的结构直接决定着整个传感器的性能，是传感器性能优劣的关键。

六维力传感器的过载保护直接关系到六维力传感器的使用及安全，一直以来是备受研究的焦点问题，但迄今没有一个较好的解决方法。如专利CN101419102A，CN101210850A等六维力传感器并没有过载保护功能。由中科院合肥智能所、东南大学和哈尔滨工业大学联合研制的SAFMS系列六维力传感器，采用螺钉方式来实现过载保护，但较难保证间隙精度和过载后整个传感器的强度及刚度。

现有的六维力传感器普遍存在灵敏度低、刚度小、维间耦合大、无过载保护等问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有六维力传感器采用螺钉方式来实现过载保护，间隙精度和过载后整个传感器的强度及刚度难以保证的问题，而提供一种具有过载保护功能的十字梁式六维力传感器。

本发明的是通过以下技术方案来实现的：

一种具有过载保护功能的十字梁式六维力传感器包括内环、四个内梁、四个过载保护梁、四个外环、四个外梁、四个保护销、八个连接板和三十二个电阻应变片，四个内梁和四个过载保护梁沿内环的外壁均布交错设置，四个外梁设置在四个内梁的外侧，四个外梁与四个内梁一一对应设置，且外梁与其对应的内梁固定连接，每个过载保护梁的外侧对应设置有一个外环，相邻两个外环之间设置有一个外梁，外梁的两端各通过一个连接板与外环固定连接，每个外环的上下端面设有两个外环通孔，内环的上下端面上沿同一圆周均布设置八个内环通孔，且每个内环通孔位于相邻的外环与外梁之间，每个过载保护梁的内外端面上设有一个过载保护梁通孔，内环上设有与过载保护梁通孔相通的内环工艺通孔，每个外环上设有与过载保护梁通孔正对的外环工艺通孔，每个保护销的一端分别从对应的外环工艺通孔中穿过并固定在对应的过载保护梁通孔中，保护销与过载保护梁通孔为过盈配合，保护销与外环工艺通孔为间隙配合，每个内梁的两侧面上各粘贴有两个电阻应变片，且两侧面上的电阻应变片以内梁的中心线对称布置，每个外梁上端面的两侧各粘贴有两个电阻应变片，且两侧的电阻应变片以内梁的中心线对称布置。

本发明具有以下有益效果：

一、本发明在过载保护梁及外梁上均开有与保护销配合的保护孔，且保护销与过载保护梁通孔为过盈配合、与外环工艺通孔为间隙配合，间隙的大小可以调整，由过载要求而定，因此，本发明采用保护销来实现过载保护，相比采用螺钉方式来实现过载保护，具有刚度大，间隙可调等优点。

二、本发明采用在十字梁弹性体上粘贴有32片电阻应变片，32片电阻应变片共组成八组全桥，其中有两组全桥作为冗余备份。采用全桥方式不仅可以提高灵敏度而且可以起到温度补偿的效果。

三、本发明X轴上的两个内梁和外梁相对于Y轴采用对称结构，Y轴上的两个内梁和外梁相对于X轴采用对称结构，这种对称结构消除了径向测力对轴向测力的干扰，提高了传感器的刚度和动态性能，减小了重复误差，保证了传感器的测量精度。

附图说明

图1是本发明的具有过载保护功能的十字梁式六维力传感器的整体主视图；

图2是本发明的具有过载保护功能的十字梁式六维力传感器的四分之三部分结构立体图；

图3是应变片R21、应变片R22、应变片R31和应变片R32组成的电桥图；

图4是应变片R19、应变片R20、应变片R25和应变片R26组成的电桥图；

图5是应变片R1、应变片R2、应变片R11和应变片R12组成的电桥图；

图6是应变片R7、应变片R8、应变片R13和应变片R14组成的电桥图；

图7是应变片R3、应变片R4、应变片R9和应变片R14组成的电桥图；

图8是应变片R5、应变片R6、应变片R15和应变片R16组成的电桥图；

图9是应变片R17、应变片R18、应变片R27和应变片R28组成的电桥图；

图10是应变片R23、应变片R24、应变片R29和应变片R30组成的电桥图。

具体实施方式