[发明专利]一种六维力传感器

说明书

本发明涉及测量仪器技术领域中的一种六维力传感器，包括力接触板、壳体和底板，力接触板和底板分别安装在壳体的两端面，壳体内设置有弹性体和第一电容板，第一电容板安装在弹性体上，底板上安装有第二电容板，第二电容板位于第一电容板一侧，第二电容板的一端面上设置有若干组金属片，且金属片的数量为偶数，第一电容板的一端面设置有与金属片相对应的若干组凹槽，凹槽上喷设有金属漆，且金属片包括径向部和周向部，突破了传统六维力传感器测量不敏感的瓶颈。

技术领域

本发明涉及测量仪器技术领域，具体涉及一种六维力传感器。

背景技术

六维力传感器作为机器人和环境之间进行力学信息交换的媒介，能够实现对多维力信号的测量，在机械加工、汽车制造、智能化机器人以及航空航天等领域具有广泛的应用，目前，基于电阻应变原理的六维力传感器较为成熟，但其电路设计复杂，加工工艺要求较高，价格昂贵，而电容式六维力传感器结构简单、动态性能好，属于非接触测量，相比电阻应变片式具有较长的使用寿命，然而目前电容式六维力传感器在进行电容测量时，电容测量不敏感

如图1所示，以电容式新型六轴力矩传感器为例，将传感器受到的力分解为F_x，F_y，F_z，M_x，M_y，M_z六维空间力，相应的电容改变值设为Cell-1、Cell-2、Cell-3、Cell-4、Cell-5、Cell-6，进而通过实验得出如图2所示的关于六种不同分解力的输入与电容变化趋势的关系图，其中“～”符号即代表电容几乎没有改变，即电容变化不明显，即电容测量不敏感。

另一方面，由于使用的弹性梁为等截面直梁结构，在受力时某些方向抗弯刚度太大，存在传感器各方向灵敏度不一致的情况。

发明内容

本发明针对现有技术中的缺点，提供了一种六维力传感器，突破了传统六维力传感器测量不敏感的瓶颈。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：

一种六维力传感器，包括力接触板、壳体和底板，所述力接触板和底板分别安装在壳体的两端面，所述壳体内设置有弹性体和第一电容板，所述第一电容板安装在弹性体上，所述底板上安装有第二电容板，所述第二电容板位于所述第一电容板一侧，所述第二电容板的一端面上设置有若干组金属片，且所述金属片的数量为偶数，所述第一电容板的一端面设置有与所述金属片相对应的若干组凹槽，所述凹槽上喷设有金属漆，且所述金属片包括径向部和周向部。

可选的，所述弹性体包括应力块、若干组弹性梁和若干组应力片，若干组所述弹性梁以应力块为中心间隔安装在应力块的侧壁上，且所述弹性梁远离应力块的一端与壳体的内壁固定连接，每组所述弹性梁至少安装有两组应力片，且所述应力片的数量为偶数。

可选的，所述弹性梁包括第一弹性部和第二弹性部，所述第一弹性部和第二弹性部垂直设置。

可选的，所述第一弹性部和第二弹性部均为非实心设置。

可选的，所述第一弹性部与应力块的连接处设置有第一加固部。

可选的，所述第二弹性部与壳体的连接处设置有第二加固部。

可选的，所述径向部与周向部成一夹角α，且所述夹角α小于90°。

可选的，相邻两组所述金属片的径向部平行设置或相邻两组所述金属片的夹角α相对设置。

可选的，所述壳体上开设有出线孔，且所述第二电容板上设置有数据传输口，所述数据传输口与出线孔相适配。

可选的，所述弹性体的受力范围为0.5N～1000N。

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：