[发明专利]3－SPR并联解耦结构六维测力平台

说明书

技术领域

本发明涉及一种力和力矩传感器及机器人领域，特别是涉及一种3-SPR并联解耦结构六维测力平台。

背景技术

测量六维力传感器不仅是机器人智能化的必要手段，也是许多工程、机电、军事和医疗等装备智能化控制的主要环节。测量六维力的关键是要将三个力分量和三个力矩分量转化成六路电信号输出。对此人们已研制出多种结构的六维力传感器，诸如：筒形结构，双环结构，三、四、八个垂直筋结构，十字结构，非径向梁结构，T形杆结构等。这些传感器结构各具特点，但大多难以将六维力影射成六个解耦测力信号，有些还存在刚度低、应变灵敏度低、结构相对复杂等问题。用六自由度6-SPS并联机构，可以将作用平台的六维力影射成六个沿SPS腿的解耦驱动力。基于6-SPS并联机构，人们已设计或研制了多种六维测力平台，得到六个解耦测力信号输出。为便于说明，用n(n＝3，6)表示腿数，用S、U、P和R分别表示腿运动链中的球铰、万向副、移动副和转动副，它们的组合表示腿运动链结构。Ranganath，Dwarakanath和Kang等分别研制出不同形式的6-SPS并联六维力传感器。相应的中国专利有：六自由度力与力矩传感器(CN2165435Y)、机器人用六维力与力矩传感器(CN2066134U)、并联解耦结构六维力与力矩传感器(CN1267822)、一种具有弹性铰链六维力与力矩传感器(CN1229915)、十二维力/加速度机器人腕传感器(CN1385677)、整体预紧平台式六维力传感器(ZL99102526.1)和并联6-UPUR六维测力平台(CN1828248A)等不同结构形式的六维力传感器。由于这类六维测力平台有六个测力腿和十二个球铰，所以结构相对复杂，制造难度较大，导致测试精度降低。

发明内容

为了克服现有技术存在的结构相对复杂、制造难度较大和测试精度降低等不足，本发明提供一种3-SPR并联解耦结构六维测力平台，3-SPR并联机构构造六维测力平台，可以将作用平台的六维力影射到三个SPR型二维测力腿上，得到彼此解耦的三个驱动力和三个约束力以及相应的六路电信号输出。

这种3-SPR并联解耦结构六维测力平台包括基座、三个球铰、三个结构相同的二维测力腿、三个转动副和加载平台，每个二维测力腿通过球铰和转动副与基座和加载平台联接。二维测力腿包括本体、第一调整螺钉、第一传感器、第二调整螺钉和第二传感器。三个球铰的中心分别与基座正三角形的三个顶点重合，三个转动副的轴线分别与加载平台的三个边重合。

每个二维测力腿的本体由上架、中架、下架、四个结构相同的弹性臂连接成一体，上架与转动副输入轴联接，下架与球铰输入轴连接。由上架和两个弹性臂及中架构成一个弹性平行四边形结构，实现二维测力腿沿约束力的变形。由中架和两个弹性臂及下架构成另一个弹性平行四边形结构，实现二维测力腿沿驱动力的变形。由于每个弹性臂两端截面骤然减小，使得每个弹性平行四边形结构垂直弹性臂的刚度远小于沿弹性臂的刚度，实现了驱动力与约束力的解耦与测试。

所述二维测力腿上安装两个传感器和两个螺钉。第一传感器固定在上架上，其轴线平行于转动副轴线。第一调整螺钉与中架可调式联接，并预先与第一传感器测头轴向接触。第二传感器固定在下架上，其轴线与过球铰中心和转动副轴线且垂直于转动副的直线平行。第二调整螺钉与中架可调式联接，并预先与第二传感器测头轴向接触。当六维力引起二维测力腿的两个弹性平行四边形结构变形时，两个传感器将输出测力或位移信号。调整螺钉的位置可以调整传感器的预压缩量，以便消除测力过零误差，克服整体预紧平台式六维力传感器预紧儒变问题，避免因贴应变片工艺误差造成的测试精度下降。

本发明的有益效果是：用三自由度3-SPR并联机构，可将作用其平台的六维力影射成三个过球铰中心和转动副轴线且垂直于转动副的驱动力和三个过球铰中心且平行转动副的约束力，且六个力彼此解耦。所以用3-SPR并联机构构造六维测力平台，也可以将作用平台的六维力影射到三个测力腿上，得到解耦的三个驱动力和三个约束力以及相应的六路电信号输出。由于这种测力平台仅有三个测力腿、三个转动副和三个球铰，故所得3-SPR并联解耦结构六维测力平台具有测试力解耦、结构简单、易于制造、测试精度高和刚度高等优点。

附图说明

图1是3-SPR并联解耦结构六维测力平台；

图2是二维测力腿本体的结构主视图；

图3是二维测力腿本体结构的轴侧图。