[發明專利]帶過載保護的微型五維力傳感器及其力矢量信息獲取方法

無效

• 申請號: 200910116636.1
• 申請日: 2009-04-24
• 公開（公告）號: CN101598613A
• 公開（公告）日: 2009-12-09
• 發明（設計）人: 梁橋康;葛運建
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G01L1/22
• 分類號: G01L1/22
• 代理公司: 合肥天明專利事務所
• 代理人: 奚華保

1、帶過載保護的微型五維力傳感器，包括指尖(1)、彈性體(2)和底座(3)，三者相互連接；所述指尖(1)為該傳感器與外界接觸的接口，采用任何曲面方程已知的形狀；所述底座(3)內置硬件電路板，其特征在于：所述彈性體(2)為雙E型膜結構，上E型膜(21)和下E型膜(23)相背設置，其間留有間距，通過中間傳力柱(22)使上E型膜(21)和下E型膜(23)相互連接為一體；所述中間傳力柱(22)置有通孔；所述上E型膜(21)和下E型膜(23)置有應變片組成的檢測電路并通過所述中間傳力柱(22)的通孔連接在一起構成五組全橋檢測電路，并與所述硬件電路板相聯接。

2、根據權利要求1所述的帶過載保護的微型五維力傳感器，其特征在于所述上E型膜(21)上面粘貼有兩組全橋檢測電路用來檢測傳感器受力時受到的繞x軸的轉矩Mx和繞y軸的轉矩My；所述下E型膜(23)上面粘貼有三組全橋檢測電路用來檢測傳感器受力時受到的沿x軸的力Fx、沿y軸的力Fy和沿z軸的力Fz。

3、根據權利要求2所述的帶過載保護的微型五維力傳感器，其特征在于所述上E型膜(21)上面粘貼8片初始電阻值相等的應變片R1～R8，構成兩組全橋檢測電路，其中R1、R2、R3、R4構成組一用于檢測繞X軸的轉矩Mx，沿Y軸方向貼放；，R5、R6、R7、R8構成組二用于檢測澆Y軸的轉矩My，沿X軸方向貼放；所述下E型膜(23)上面粘貼有12片初始值相等的應變片R9～R20，構成三組全橋檢測電路分為三組，其中R9、R10、R11、R12構成組三用于檢測Fz，與X軸成45度帖放；R13、R14、R15、R16構成組四用于檢測Fx，沿X軸帖放；R17、R18、R19、R20構成組五用于檢測Fy，沿Y軸貼放。

4、根據權利要求1所述的帶過載保護的微型五維力傳感器，其特征在于所述上E型膜(21)和下E型膜(23)的外圓置有外螺紋，所述底座(3)內部置有內螺紋；其中上E型膜(21)的外螺紋和所述的指尖(1)的圓筒體部分上的內螺紋相連，其中下E型膜(23)的外螺紋與底座(3)的內螺紋相連。

5、一種獲取權利要求1所述的五維力傳感器的力矢量信息獲取方法，其特征在于：

a)傳感器的坐標系與指尖曲面方程的坐標系重合；

b)外力的矢量信息：大小(F)，作用點坐標位置(x，y，z)和外力的方向(α，β)由以下方程組獲取：

Fx=FcosβcosαFy=FcosβsinαFz=FsinβMx=Fy·z+Fz·yMy=Fx·z+Fz·xf(x,y,z)=0]]>①

其中α為外力F在水平面的分量Fcosβ與OX軸的夾角，β為外力F與OXY平面的夾角，f(x，y，z)＝0為指尖曲面方程，F_x，F_y，F_z，M_x，M_y為五維力傳感器檢測得到的五維力信息；

C)所述五組全橋檢測電路分別將應變片的電阻變化轉換為電壓的變化，通過所述硬件電路板對信號進行調零、放大、模擬濾波、模數轉換、數字濾波、數值計算，最后通過通訊接口將獲得的力信息傳送出去。