[发明专利]基于柔性平行四边形机构的两级力分辨率的力传感器

权利要求书

1.一种基于柔性平行四边形机构的两级力分辨率的力传感器，其特征在于：该力传感器包括有基板(1)、上盖板(2)、光栅尺位移传感器(3)、探头(4)和光栅尺安装板(5)；

基板(1)的上板面(1F)的中心设有凹槽(1G)，该凹槽(1G)用于放置光栅尺安装板(5)；

基板(1)的上板面(1F)的四周设有螺纹孔(1E)，该螺纹孔(1E)用于实现上盖板(2)与基板(1)的安装；

基板(1)的前板面(1C)上设有A通孔(1D)，该A通孔(1D)用于探头(4)的一端穿过；

基板(1)的上板面(1F)上采用线切割技术切割有第一切缝(11)、第二切缝(12)、第三切缝(13)、第四切缝(14)、第五切缝(15)和第六切缝(16)；

第一切缝(11)的下切边(11C)上设有第一限位凸起(11A)，第一切缝(11)的上切边(11D)上设有第二限位凸起(11B)；

第四切缝(14)的下切边(14C)上设有第三限位凸起(14A)，第四切缝(14)的上切边(14D)上设有第四限位凸起(14B)；

第五切缝(15)的一端与第二切缝(12)的上切边之间为第一柔性板簧(15A)；第五切缝(15)的一端与第一切缝(11)的上切边11D之间为第二柔性板簧(15B)；第五切缝(15)的另一端与第三切缝(13)的上切边之间为第三柔性板簧(15C)；第五切缝(15)的另一端与第四切缝(14)的上切边(14D)之间为第四柔性板簧(15D)；第六切缝(16)的一端与第二切缝(12)的下切边之间为第五柔性板簧(16A)；第六切缝(16)的一端与第一切缝(11)的下切边(11C)之间为第六柔性板簧(16B)；第六切缝(16)的另一端与第三切缝(13)的下切边之间为第七柔性板簧(16C)；第六切缝(16)的另一端与第四切缝(14)的下切边(14C)之间为第八柔性板簧(16D)；第一切缝(11)、第四切缝(14)、第五切缝15和第六切缝16将基板(1)分割成中间平台(17)；第二切缝(12)、第三切缝(13)、第五切缝(15)和第六切缝(16)将基板(1)分割成末端平台(18)；

上盖板(2)的上板面上设有长凹槽(21)，该长凹槽(21)内设有B通孔(22)、B螺纹孔(26)；所述长凹槽(21)用于安装光栅尺位移传感器(3)，且光栅尺位移传感器(3)的敏感端(3B)穿过B通孔(22)；所述B螺纹孔(26)用于螺钉穿过，该螺钉穿过B螺纹孔(26)用于实现将光栅尺位移传感器(3)安装在上盖板(2)的长凹槽(21)内；

上盖板(2)的下板面上设有前凸台体(24)和后凸台体(25)，前凸台体(24)和后凸台体(25)上分别设有C通孔(23)，该C通孔(23)用于螺钉穿过；所述螺钉穿过C通孔(23)后螺纹连接在基板(1)的螺纹孔(1E)中，从而实现将上盖板(2)与基板(1)的安装；

光栅尺位移传感器(3)的光栅尺(3A)安装在光栅尺安装板(5)上，传感器(3)的敏感端(3B)穿过上盖板(2)的长凹槽(21)上的B通孔(22)后，用于读取光栅尺(3A)上的位移量；

探头(4)的螺纹端(4A)螺纹连接在末端平台(18)的一端的螺纹孔(18A)内。

2.根据权利要求1所述的基于柔性平行四边形机构的两级力分辨率的力传感器，其特征在于：基板(1)内侧的第一柔性板簧(15A)、第三柔性板簧(15C)、第五柔性板簧(16A)、第七柔性板簧(16C)形成一组柔性平行四边形直线运动机构；而基板(1)外侧的第二柔性板簧(15B)、第四柔性板簧(15D)、第六柔性板簧(16B)、第八柔性板簧(16D)形成另一组柔性平行四边形直线运动机构；两组柔性平行四边形直线运动机构对称布置，当外力F作用通过探头(4)作用在末端平台(18)上时，两组柔性机构的板簧处产生弹性变形，保证了末端平台(18)的高精度直线运动。

3.根据权利要求1所述的基于柔性平行四边形机构的两级力分辨率的力传感器，其特征在于：基板(1)选用铝合金7075材料。

4.根据权利要求1所述的基于柔性平行四边形机构的两级力分辨率的力传感器，其特征在于：上盖板(2)选用铝合金5052材料加工。

5.根据权利要求1所述的基于柔性平行四边形机构的两级力分辨率的力传感器，其特征在于：光栅尺位移传感器(3)的线性分辨率可在5微米到5纳米之间调节。