[發明專利]3－SPR并聯解耦結構六維測力平臺

無效

• 申請號: 200810054637.3
• 申請日: 2008-03-15
• 公開（公告）號: CN101246062A
• 公開（公告）日: 2008-08-20
• 發明（設計）人: 路懿;毛秉毅
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: G01L1/00
• 分類號: G01L1/00
• 代理公司: 秦皇島市維信專利事務所
• 代理人: 鄂長林

技術領域

本發明涉及一種力和力矩傳感器及機器人領域，特別是涉及一種3-SPR并聯解耦結構六維測力平臺。

背景技術

測量六維力傳感器不僅是機器人智能化的必要手段，也是許多工程、機電、軍事和醫療等裝備智能化控制的主要環節。測量六維力的關鍵是要將三個力分量和三個力矩分量轉化成六路電信號輸出。對此人們已研制出多種結構的六維力傳感器，諸如：筒形結構，雙環結構，三、四、八個垂直筋結構，十字結構，非徑向梁結構，T形桿結構等。這些傳感器結構各具特點，但大多難以將六維力影射成六個解耦測力信號，有些還存在剛度低、應變靈敏度低、結構相對復雜等問題。用六自由度6-SPS并聯機構，可以將作用平臺的六維力影射成六個沿SPS腿的解耦驅動力。基于6-SPS并聯機構，人們已設計或研制了多種六維測力平臺，得到六個解耦測力信號輸出。為便于說明，用n(n＝3，6)表示腿數，用S、U、P和R分別表示腿運動鏈中的球鉸、萬向副、移動副和轉動副，它們的組合表示腿運動鏈結構。Ranganath，Dwarakanath和Kang等分別研制出不同形式的6-SPS并聯六維力傳感器。相應的中國專利有：六自由度力與力矩傳感器(CN2165435Y)、機器人用六維力與力矩傳感器(CN2066134U)、并聯解耦結構六維力與力矩傳感器(CN1267822)、一種具有彈性鉸鏈六維力與力矩傳感器(CN1229915)、十二維力/加速度機器人腕傳感器(CN1385677)、整體預緊平臺式六維力傳感器(ZL99102526.1)和并聯6-UPUR六維測力平臺(CN1828248A)等不同結構形式的六維力傳感器。由于這類六維測力平臺有六個測力腿和十二個球鉸，所以結構相對復雜，制造難度較大，導致測試精度降低。

發明內容

為了克服現有技術存在的結構相對復雜、制造難度較大和測試精度降低等不足，本發明提供一種3-SPR并聯解耦結構六維測力平臺，3-SPR并聯機構構造六維測力平臺，可以將作用平臺的六維力影射到三個SPR型二維測力腿上，得到彼此解耦的三個驅動力和三個約束力以及相應的六路電信號輸出。

這種3-SPR并聯解耦結構六維測力平臺包括基座、三個球鉸、三個結構相同的二維測力腿、三個轉動副和加載平臺，每個二維測力腿通過球鉸和轉動副與基座和加載平臺聯接。二維測力腿包括本體、第一調整螺釘、第一傳感器、第二調整螺釘和第二傳感器。三個球鉸的中心分別與基座正三角形的三個頂點重合，三個轉動副的軸線分別與加載平臺的三個邊重合。

每個二維測力腿的本體由上架、中架、下架、四個結構相同的彈性臂連接成一體，上架與轉動副輸入軸聯接，下架與球鉸輸入軸連接。由上架和兩個彈性臂及中架構成一個彈性平行四邊形結構，實現二維測力腿沿約束力的變形。由中架和兩個彈性臂及下架構成另一個彈性平行四邊形結構，實現二維測力腿沿驅動力的變形。由于每個彈性臂兩端截面驟然減小，使得每個彈性平行四邊形結構垂直彈性臂的剛度遠小于沿彈性臂的剛度，實現了驅動力與約束力的解耦與測試。

所述二維測力腿上安裝兩個傳感器和兩個螺釘。第一傳感器固定在上架上，其軸線平行于轉動副軸線。第一調整螺釘與中架可調式聯接，并預先與第一傳感器測頭軸向接觸。第二傳感器固定在下架上，其軸線與過球鉸中心和轉動副軸線且垂直于轉動副的直線平行。第二調整螺釘與中架可調式聯接，并預先與第二傳感器測頭軸向接觸。當六維力引起二維測力腿的兩個彈性平行四邊形結構變形時，兩個傳感器將輸出測力或位移信號。調整螺釘的位置可以調整傳感器的預壓縮量，以便消除測力過零誤差，克服整體預緊平臺式六維力傳感器預緊儒變問題，避免因貼應變片工藝誤差造成的測試精度下降。

本發明的有益效果是：用三自由度3-SPR并聯機構，可將作用其平臺的六維力影射成三個過球鉸中心和轉動副軸線且垂直于轉動副的驅動力和三個過球鉸中心且平行轉動副的約束力，且六個力彼此解耦。所以用3-SPR并聯機構構造六維測力平臺，也可以將作用平臺的六維力影射到三個測力腿上，得到解耦的三個驅動力和三個約束力以及相應的六路電信號輸出。由于這種測力平臺僅有三個測力腿、三個轉動副和三個球鉸，故所得3-SPR并聯解耦結構六維測力平臺具有測試力解耦、結構簡單、易于制造、測試精度高和剛度高等優點。

附圖說明

圖1是3-SPR并聯解耦結構六維測力平臺；

圖2是二維測力腿本體的結構主視圖；

圖3是二維測力腿本體結構的軸側圖。