[发明专利]一种六维力和力矩传感器

说明书

本发明提供了一种六维力和力矩传感器，属于传感器技术领域。它解决了现有的六维力和力矩传感器量程小的问题。本六维力和力矩传感器，包括弹性体，弹性体具有支撑框架、位于支撑框架内的轴台和四根围绕轴台间隔布置的弹性梁，弹性梁的一端与支撑框架连接、另一端与轴台连接，弹性梁的一端为大头端、另一端为小头端，弹性梁从大头端至小头端逐渐缩小，弹性梁与轴台连接的一端为大头端，弹性梁与支撑框架连接的一端为小头端。本结构通过改变弹性梁的形状的方式来提高传感器的量程，实现传感器的结构小尺寸、轻量化的设计，减小传感器运行时的惯性，从而获得较高的检测灵敏度，并且本传感器结构简单、易于加工。

技术领域

本发明属于传感器技术领域，特别是一种六维力和力矩传感器。

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。例如，中国专利网公开了一种应变式的六维力传感器【授权公告号：CN202720078U】，它包括弹性体，弹性体包括传感器支架、位于该支架中间的加载台及位于支架内部并连接该加载台与传感器支架的十字梁；另外，中国专利网还公开了一种结构紧凑的应变式六维力传感器【授权公告号：CN205333238U】，包括底座弹性体和十字平行梁弹性体，十字平行梁弹性体的中间部分为用于施加作用力的加载台。上述两篇专利均公开了传感器的弹性体为十字形结构，这种结构的弹性体的刚度较低，量程较小，随着工业制造的发展，尤其是具有大型机械臂的设备对于力与力矩传感器的性能方面往往要求测量更大的力以及较小的力矩，使得传统的传感器测量范围上产生不对称的需求，无法满足测量大力、小力矩的需求。

为了提高传感器的刚度使得传感器的量程增大，目前，中国专利网公开了一种用于测量大型机械臂大力与小力矩的六维力与力矩传感器【授权公告号：CN103076131A】，包括中心轴、力敏元件、底座和应变片组件，力敏元件包括四根弹性主梁、四根弹性副梁、呈正八角形的中心轴台、四个固定台、四个主浮动梁和四个副浮动梁，四个固定台均匀分布在中心轴台周边，主浮动梁固定连接在相邻的两个固定台之间，每个副浮动梁固定连接在一个固定台上，每根弹性主梁的一端固定连接在中心轴台的侧壁上，每根弹性主梁的另一端固定连接在主浮动梁上，每根弹性副梁的一端固定连接在中心轴台的侧壁上，每根弹性副梁的另一端固定连接在副浮动梁上，弹性主梁和弹性副梁交替布置。

上述的六维力与力矩传感器通过增加弹性梁的数量来提高传感器对力的测量的刚度，进而提高测量力的量程，但是该结构传感器具有八根弹性梁，与传统的具有十字形弹性体的传感器相比，弹性梁的数目增加了一倍，力敏元件的体积变大、重量变重，传感器在运行过程中具有较大的惯性，较大的惯性会导致传感器检测灵敏度的降低；另外弹性梁的数目增加后，中心轴台需要八个安装面分别用于与弹性梁连接，使得传感器的结构更加的复杂，不方便加工制造。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种六维力和力矩传感器，本发明所要解决的技术问题是：如何在扩大传感器量程的同时实现传感器的轻量化设计。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：

一种六维力和力矩传感器，包括弹性体，所述弹性体具有支撑框架、位于支撑框架内的轴台和四根围绕轴台间隔布置的弹性梁，所述弹性梁的一端与支撑框架连接、另一端与轴台连接，其特征在于，所述弹性梁的一端为大头端、另一端为小头端，所述弹性梁从大头端至小头端逐渐缩小，所述弹性梁与轴台连接的一端为大头端，所述弹性梁与支撑框架连接的一端为小头端。