[發明專利]正交串聯線彈性體式六維力傳感器

無效

• 申請號: 200810025591.2
• 申請日: 2008-04-29
• 公開（公告）號: CN101266175A
• 公開（公告）日: 2008-09-17
• 發明（設計）人: 韓玉林;賈春
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01L1/00
• 分類號: G01L1/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司
• 代理人: 葉連生

技術領域

本發明是一種測量空間六維力的傳感器結構，主要用于微型飛行器或其他微小模型空間六維力的測量，屬于力傳感器設計制造領域。

背景技術

目前國內外對六維力傳感器研究主要的應用是在機器人技術上，按測力原理可分為電阻應變式、電容式、電感式、壓電式和光電式，按彈性體結構可以分為直接輸出形(無耦合型)和間接輸出型(耦合型)，但是設計原理或者加工工藝都比較復雜。在彈性體結構設計方面，已經設計出的六維力傳感器有Stewart結構、梁式結構、八角環式結構等形式，雖然都可以實現六維力的測量，但是結構設計、計算原理及制作都很復雜，結構不夠微型化。

發明內容

技術問題：本發明的目的是提供一種正交串聯線彈性體式六維力傳感器，通過簡單的正交串聯結構，測量空間六維力的大小。

技術方案：本發明的正交串聯線彈性體式六維力傳感器中，第一矩形截面梁的一端連接矩形的受力連接端，另一端連接第一矩形的連接塊，第二矩形截面梁的一端連接第一矩形的連接塊，另一端連接第二矩形的連接塊；第三矩形截面梁的一端連接第二矩形的連接塊，另一端連接矩形的固定連接端；第一矩形截面梁、第二矩形截面梁、第三矩形截面梁為兩兩互相垂直的空間關系，應變片分別位于三個矩形截面梁上。在第一矩形截面梁長度方向上設有第一三等分點、第二三等分點，在第二矩形截面梁長度方向上設有第三三等分點、第四三等分點，在第一矩形截面梁長度方向上設有第五三等分點、第六三等分點，在該六個三等分點上布置六枚相同規格的應變片。

工作原理：在受力端，結構受到空間三維正交力(Fx、Fy、Fz)以及三維正交力矩(Mx、My、Mz)的作用。固定端固定在支座上。在三維力和三維力矩的作用下，傳感器中的線彈性體(梁)發生拉伸、彎曲及扭轉變形。點a、b、c、d、e、f均為所在矩形截面梁的三等分點(也可以不是三等分點，只要求有明確的幾何位置即可)，在該六個點上沿梁軸線方向布置六枚相同規格的應變片。通過材料力學、理論力學以及彈性力學理論對該受力結構進行分析，可以得到通過六維力表示的六點處的應變數值的公式，如公式(1)所示。再反推該六維公式，就可以得到通過六點處的應變數值來計算六維力的公式，如公式(2)所示。因此，只需要通過測量出的六點的應變數值，就可以得到空間六維力的大小。

ϵ1x=MzEW+Fx*(L+m/2)EW+FxEA-Fy*(l+b/2)EW]]>