[发明专利]一种结构解耦六维力传感器

说明书

本发明提出了结构解耦六维力传感器，包括固定框、浮动框、测力组件。测力组件两端配有柔性球铰，保证测力组件均为二力杆。浮动框通过12个测力组件与固定框相连接。当该六维力传感器承载某方向力/力矩时，由于X元、Y元和Z元测力组件两两对称布置，其余分量上的作用力被相互抵消，故对其余分量没有干扰。本发明能够实现力与力之间相互解耦，力与力矩之间相互解耦，力矩与力矩之间相互解耦，具有结构解耦更彻底、标定方便、精度高、结构简单、使用方便等优点。

技术领域

本发明属于力学传感器领域，尤其涉及结构解耦六维力传感器。

背景技术

六维力传感器一般由弹性敏感元件、应变计、惠斯顿电桥组成。它的基本原理是当构件受到外部载荷作用，被测量对象表面产生微小机械变形，变形与外力成正比关系。粘贴在表面的应变计随之发生相同的形变，使其电阻值有一个增量，通过惠斯顿电桥把电阻增量转化为电压增量，该电压增量与传感器所受外力也成正比。将电压信号通过数据采集与信号处理系统的处理，得到作用的外部载荷。目前，传统的六维力传感器很难完全实现结构解耦。

故，需要一种新的技术方案以解决上述技术问题。

发明内容

本发明提供了一种结构解耦六维力传感器，目的是完全实现或者近似完全实现结构解耦。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种结构解耦六维力传感器，包括固定框、位于固定框上方的浮动框；所述固定框与浮动框之间的空间中设置若干测力组件；所述浮动框具有水平面的对称中心；

所述若干测力组件包括设置在水平第一方向的四个X测力组件、设置在水平第二方向的四个Z测力组件、设置在竖直方向的四个Y测力组件；所述水平第一方向与水平第二方向在水平面内相互垂直，竖直方向同时与水平面内的水平第一方向、水平第二方向垂直；

四个X测力组件两两一组对称的设置于对称中心两侧，所述浮动框设有位于每一组的两个X测力组件两端的X上立柱；所述固定框设有位于每一组的两个X测力组件之间的X下立柱；每一组中的两个X测力组件同轴设置，且每个X测力组件的两端均连接在一个X上立柱与X下立柱之间；

四个Z测力组件两两一组对称的设置于对称中心另外两侧，所述浮动框设有位于每一组的两个Z测力组件两端的Z上立柱；所述固定框设有位于每一组的两个Z测力组件之间的Z下立柱；每一组中的两个Z测力组件同轴设置，且每个Z测力组件的两端均连接在一个Z上立柱与Z下立柱之间；

四个Y测力组件位于浮动框的四角位置，四个Y测力组件中两两相对对称中心对称设置，每个Y测力组件的上端连接浮动框而下端连接固定框。

进一步的，每个测力组件均为二力杆。

进一步的，每个测力组件的结构相同，包括测力元件、位于测力元件两端的拉杆、分别位于拉杆外端的柔性球铰，所述柔性球铰用于和固定框或浮动框连接。

进一步的，当在对称中心对浮动框施加力或者力矩时，12个测力组件同时施力于浮动框。

进一步的，所述浮动框包括浮动平台，所述X上立柱、Z上立柱自浮动平台的底面向下延伸；且浮动平台为中心对称且大平面为正方形面的扁平方体；所述X上立柱、Z上立柱与浮动平台共同形成的结构仍然是中心对称结构。

本发明技术方案的有益效果如下：

本发明能够实现力与力之间相互解耦；力与力矩之间相互解耦力矩与力矩之间相互解耦，具有结构解耦彻底、标定方便、精度高、结构简单、使用方便等优点。

附图说明

图1为本发明结构解耦六维力传感器的结构示意图；

图2为图1的主视图；

图3为图1的侧视图；