[发明专利]刚度可调式测力分支及相应的并联多维力传感器

说明书

本发明公开了一种刚度可调式测力分支及相应的并联多维力传感器，其中的刚度可调式测力分支，包括用于将受力解耦的解耦机构、装配在测力分支解耦机构底端的用于调节分支刚度的刚度调节机构、装配在刚度调节机构底端的力传感器以及装配在力传感器底端的用于补偿分支长度的长度补偿机构；所述的刚度可调式并联多维力传感器，包括受力平台、固定平台以及并联设置的至少一组刚度可调式测力分支，解耦机构的顶端固装在受力平台上，长度补偿机构的底端固装在固定平台上。本发明能够实现测力分支刚度可变换调节、测力分支受力均匀。本发明适用于并联多维力测量中使用，特别适用于机器人腕力的六维力测量中使用。

技术领域

本发明属于力传感器技术领域，涉及刚度可调式测力分支,具体地说是一种刚度可调式测力分支及相应的并联多维力传感器。

背景技术

传感器为被测量按一定的规律转换为另一种参量的器件或测量装置。传感器是获取自然界以及生产领域中所需要信息的主要途径。在生产实践中用于测量力值的力传感器是最基本的一种传感器。六维力传感器因其能够测量空间六维力的大小和方向，特别适用于机器人腕力的测量中。

现有技术中虽然具有用于测量六维力的传感器，但大多存在测力分支只能承受压力而无法承受拉力、对其它测量方向有耦合作用、采用球铰关节间摩擦较大、结构较为复杂的问题，从而造成六维力传感器测量精度低、结构安装困难。

在六维力传感器的研制中，并联机构因其刚度大、力映射关系简明，成为了六维力传感器结构构型的理想选择。当前对并联六维力传感器的研究一大趋势为采用新型测力分支及新传感器构型以提高并联六维力传感器测量性能，同时通过增加冗余分支以提高六维力传感器的量程及容错能力。然而，由于并联六维力传感器各测力分支间刚度差异，容易造成各测力分支受力不均，从而产生以下缺陷：

其一是传感器测量精度低。一方面，测力分支刚度无法调节，影响传感器广义外力与测力分支力之间映射，造成传感器精度降低；另一方面，并联六维力传感器不但需要进行所受广义外力力值大小测量，还需要通过各分支受力解算出受力位置（如传感器中心受到垂向力时理论上各分支受力应相同），各分支受力因刚度差异产生不同影响对受力位置精度的测量。

其二是造成量程损失。各分支的受力不均，某一分支会比其它分支先达到单分支最大量程，此时其它分支未达到单分支最大量程，使得六维力传感器整体无法达到理论测量量程，进而限制了过约束并联六维力传感器的量程，造成量程损失。

因此，在对并联六维力传感器的研究中需克服各测力分支间刚度差异造成各测力分支受力不均的技术难题。

发明内容

为解决现有技术中存在的以上不足，本发明旨在提供一种刚度可调式测力分支及相应的并联多维力传感器，解决测量受分支刚度差异造成各测力分支受力不均的问题，以实现测力分支刚度可变换调节、测力分支受力均匀的目的。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：一种刚度可调式测力分支，包括用于将受力解耦的解耦机构、装配在解耦机构底端的用于调节分支刚度的刚度调节机构、装配在刚度调节机构底端的力传感器以及装配在力传感器底端的用于补偿分支长度的长度补偿机构。

作为本发明的限定，解耦机构包括壳体、连接柱以及嵌套块；

连接柱，底端穿入壳体并与置于壳体内部的嵌套块固定相连；

嵌套块，上端、下端及侧壁上均开设有放置钢球的凹槽，嵌套块上端、下端及侧壁通过钢球与壳体内壁相接触。

作为本发明的另一种限定，刚度调节机构由四组刚度调节组件通过连杆依次相连而成，每组刚度调节组件包括与外壳、固定在外壳上用于对连杆位置进行调整的调节总成以及固定在外壳上用于对连杆位置进行锁定的至少一个锁定总成。