[发明专利]正交串联线弹性体式六维力传感器

说明书

技术领域

本发明是一种测量空间六维力的传感器结构，主要用于微型飞行器或其他微小模型空间六维力的测量，属于力传感器设计制造领域。

背景技术

目前国内外对六维力传感器研究主要的应用是在机器人技术上，按测力原理可分为电阻应变式、电容式、电感式、压电式和光电式，按弹性体结构可以分为直接输出形(无耦合型)和间接输出型(耦合型)，但是设计原理或者加工工艺都比较复杂。在弹性体结构设计方面，已经设计出的六维力传感器有Stewart结构、梁式结构、八角环式结构等形式，虽然都可以实现六维力的测量，但是结构设计、计算原理及制作都很复杂，结构不够微型化。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种正交串联线弹性体式六维力传感器，通过简单的正交串联结构，测量空间六维力的大小。

技术方案：本发明的正交串联线弹性体式六维力传感器中，第一矩形截面梁的一端连接矩形的受力连接端，另一端连接第一矩形的连接块，第二矩形截面梁的一端连接第一矩形的连接块，另一端连接第二矩形的连接块；第三矩形截面梁的一端连接第二矩形的连接块，另一端连接矩形的固定连接端；第一矩形截面梁、第二矩形截面梁、第三矩形截面梁为两两互相垂直的空间关系，应变片分别位于三个矩形截面梁上。在第一矩形截面梁长度方向上设有第一三等分点、第二三等分点，在第二矩形截面梁长度方向上设有第三三等分点、第四三等分点，在第一矩形截面梁长度方向上设有第五三等分点、第六三等分点，在该六个三等分点上布置六枚相同规格的应变片。

工作原理：在受力端，结构受到空间三维正交力(Fx、Fy、Fz)以及三维正交力矩(Mx、My、Mz)的作用。固定端固定在支座上。在三维力和三维力矩的作用下，传感器中的线弹性体(梁)发生拉伸、弯曲及扭转变形。点a、b、c、d、e、f均为所在矩形截面梁的三等分点(也可以不是三等分点，只要求有明确的几何位置即可)，在该六个点上沿梁轴线方向布置六枚相同规格的应变片。通过材料力学、理论力学以及弹性力学理论对该受力结构进行分析，可以得到通过六维力表示的六点处的应变数值的公式，如公式(1)所示。再反推该六维公式，就可以得到通过六点处的应变数值来计算六维力的公式，如公式(2)所示。因此，只需要通过测量出的六点的应变数值，就可以得到空间六维力的大小。

ϵ1x=MzEW+Fx*(L+m/2)EW+FxEA-Fy*(l+b/2)EW]]>