[发明专利]一种六维力传感器及改善六维力传感器温度漂移的方法

说明书

本发明涉及传感器技术领域，特别涉及一种六维力传感器及改善六维力传感器温度偏移的方法，该六维力传感器，包括内圈结构、外圈结构以及均匀分布在内圈和外圈结构之间的若干测量梁，所述测量梁包括四个臂面，分别为上臂面、和上臂面相对的下臂面、左臂面、和左臂面相对的右臂面，所述臂面上均设有应变片，其中，相对臂面上的应变片为一对，所述内圈结构上对称开设有偶数个的凹槽，偶数个所述凹槽的表面均延伸有凸起，所述凸起上设有位置相互对应的第一温度补偿应变片和第二温度补偿应变片。该六维传感器改善了传统六维力传感器在机械臂末端靠近发热体时，上下表面存在温度差而引起的温漂。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，特别涉及一种六维力传感器及改善六维力传感器温度漂移的方法。

背景技术

六维力传感器是一种可以同时检测3个力分量和3个力矩分量的力传感器，根据X,Y,Z方向的力分量和力矩分量可以得到合力和合力矩。电阻应变式测力原理是目前广义六维力传感器中应用最多的一种。六维力传感器内部至少有三个测量梁，其横截面为矩形。每个测量梁包括上壁面、下壁面、左壁面和右壁面四个面，其中上壁面和下壁面是两个相对的壁面，左壁面和右壁面是两个相对的壁面。而六维力传感器检测垂直方向上的受力情况主要通过传感器内部梁的上下壁面两个应变片分压情况来检测。由于电阻式应变片阻值随着温度的变化也将产生变化而梁上下面经常会出现受热不均匀的现象，特别是专配在机械臂末端的六维力传感器接近发热体时，梁上下面会由于受热不均匀而使上下壁面的应变片存在电压差。传统的温度补偿是靠温度传感器或在非受力面贴单片应变片来进行温补，在上下壁面受热不均匀的情况下，温度传感器测量的数值并不能正确反映梁上下的壁面温差,这样在机械臂末端的六维力传感器靠近发热体时,传统的温度补偿就会失去效果。

发明内容

鉴于此，本发明提出一种六维力传感器及改善六维力传感器温度漂移的方法，用以改善六维力传感器在机械臂末端靠近发热体时，上下表面存在温度差而引起的温漂。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种六维力传感器，其特征在于，包括内圈结构、外圈结构以及均匀分布在内圈和外圈结构之间的若干测量梁，所述测量梁包括四个臂面，分别为上臂面、和上臂面相对的下臂面、左臂面、和左臂面相对的右臂面，所述臂面上均设有应变片，其中，相对臂面上的应变片为一对，所述内圈结构上对称开设有偶数个的凹槽，偶数个所述凹槽的表面均延伸有凸起，所述凸起上设有位置相互对应的第一温度补偿应变片和第二温度补偿应变片。

作为优选，所述测量梁的横截面为矩形。

作为优选，所述内圈结构包括内圈和弹性体一，所述内圈设置在弹性体一周侧；

所述外圈结构包括外圈和弹性体二，所述外圈设置在弹性体二的周侧。

作为优选，所述测量梁的一端连接弹性体二，另外一端连接内圈。

作为优选，所述第一温度补偿应变片的一端耦接电源正极，另外一端耦接第二温度补偿应变片，所述第二温度补偿应变片的一端耦接第一温度补偿应变片，另外一端耦接电源负极。

本发明还提供一种改善六维力传感器温度偏移的方法，其中，该六维力传感器为上述的六维力传感器，包括：

采集不同温度下六维力传感器相对臂面上的每对应变片的分压，得到若干路电压信号输出：CH1、CH2…CHX，同时采集六维力传感器的第一温度补偿应变片、第二温度补偿应变片的分压CH0；

对采集到的CH1、CH2…CHX电压数据和CH0电压数据，利用最小乘法求对应关系，得到CH1～CHX电压和CH0电压的线性表达式:ΔCHX＝K_x*ΔCH0,其中，X范围为1～X,K_x为相对臂面上应变片电压的温度补偿系数；