[實(shí)用新型]一種六維力傳感器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201020613443.5
• 申請日: 2010-11-18
• 公開（公告）號: CN201926527U
• 公開（公告）日: 2011-08-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王興松;伏春乾;尤海飛
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: G01L1/00
• 分類號: G01L1/00;G01L1/22;A61B5/22
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責(zé)任公司 32112
• 代理人: 湯志武;王鵬翔

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于傳感器領(lǐng)域，具體來說，涉及一種六維力傳感器，尤其適用于測量足力或者機(jī)床切削力。

背景技術(shù)

人體的運(yùn)動(dòng)機(jī)制是極其巧妙的，研究人體運(yùn)動(dòng)過程中足力的情況具有廣泛的意義。在運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)研究領(lǐng)域，運(yùn)動(dòng)過程中的足力是研究的一項(xiàng)重要參數(shù)；體育訓(xùn)練領(lǐng)域，對體育運(yùn)動(dòng)過程中的足力進(jìn)行分析，可以幫助研究和評定動(dòng)作參數(shù)，改進(jìn)動(dòng)作，提高成績，使體育訓(xùn)練從經(jīng)驗(yàn)走向科學(xué)；康復(fù)醫(yī)療領(lǐng)域，人體足力變化可以用于評價(jià)殘疾、診斷疾病、評定康復(fù)情況、鑒定康復(fù)器械效果等；工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，主要是制鞋業(yè)相關(guān)領(lǐng)域，研究人體足力情況有助于定量分析改進(jìn)產(chǎn)品性能；機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，人體運(yùn)動(dòng)過程中的足力情況以及由其得到的零力矩點(diǎn)情況是雙足機(jī)器人步態(tài)規(guī)劃的重要依據(jù)。

人體足力檢測的研究早在上個(gè)世紀(jì)六七十年代就已經(jīng)開始了。最早只是定性的測量——腳印檢測法和足壓描記器，腳印檢測法方法簡單，成本低，但只能測得行走腳底壓力的峰值。足壓描記器測量精度高，可以測得壓力瞬時(shí)值，但只能得到單側(cè)一步的壓力參數(shù)。隨著傳感器技術(shù)的發(fā)展，目前主要的測量方式有測力平臺(tái)、測力地墊、測力鞋墊等，利用的傳感測量原理主要有電容式、壓阻式、應(yīng)變式、壓電式等。測力平臺(tái)通常采用的是在平臺(tái)四腳分別安裝四個(gè)三維力傳感器的方式，可以測量得到平臺(tái)上作用的六維力信息以及壓力中心點(diǎn)。常用的各種測力板都只能測得人體運(yùn)動(dòng)時(shí)作用在測力板上總體的六維力信息以及壓力中心點(diǎn)，不能測得分布力信息。因此，步態(tài)分析中如果要獲得兩腳各自的足力情況，一般需要設(shè)置至少兩個(gè)測力平臺(tái)，測量時(shí)兩足分別落在一個(gè)測力平臺(tái)上。目前所有的這些底部安裝有三維力傳感器的測力板，各個(gè)力傳感器只測得三維力，而實(shí)際上由于安裝為固定安裝傳感器還作用有三維力矩，這造成了檢測力矩的遺漏并對傳感器的三維力測量造成了干擾，影響了測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。另外，所使用的三維力傳感器的結(jié)構(gòu)大多是力耦合的，雖然有一系列的解耦措施，但還是對結(jié)果的精度有較大影響。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是，提供一種六維力傳感器，可以準(zhǔn)確測量六維力和力矩，實(shí)現(xiàn)維間耦合，且力耦合性強(qiáng)，整個(gè)裝置結(jié)構(gòu)簡單緊湊。

為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：

一種六維力傳感器，其特征在于，包括支撐墊圈、蓋板、外殼、底板、八個(gè)預(yù)緊旋鈕、第一彈性體、第二彈性體、八根長度相同的頂桿、四個(gè)體積相同的傳力鋼珠、應(yīng)變片；所述的蓋板和底板相互平行固定連接在外殼的兩端；所述的外殼是橫截面呈方形的套筒，在該外殼的四個(gè)內(nèi)角上分別設(shè)置一個(gè)處于同一平面的平臺(tái)，每個(gè)平臺(tái)的上方布置一個(gè)傳力鋼珠，相鄰傳力鋼珠之間布置兩根頂桿；每個(gè)傳力鋼珠的兩邊都布置一個(gè)穿過外殼的預(yù)緊旋鈕；與每個(gè)傳力鋼珠相抵壓的兩個(gè)預(yù)緊旋鈕和兩根頂桿處于同一水平面，且呈十字形；所述的第一彈性體包括本體和四根彈性梁，該四根彈性梁均勻分布在本體的周邊，且其一端位于傳力鋼珠的上方；每根彈性梁和蓋板之間設(shè)置有壓塊和加載鋼珠，該壓塊固定連接在蓋板的下方，在第一彈性體的彈性梁的上方設(shè)置有弧形凹口，該加載鋼珠位于弧形凹口中，并且其頂端與壓塊相抵壓；所述的第二彈性體包括本體和四根彈性梁，該四根彈性梁均勻分布在本體的周邊，且其一端位于處于同一邊的兩根頂桿之間；該第二彈性體位于第一彈性體的下方，其間留有空隙，且兩者同軸心固定連接；所述的應(yīng)變片分別固定連接在第一彈性體彈性梁的上表面和下表面，以及第二彈性體彈性梁的左側(cè)面和右側(cè)面；所述的支撐墊圈一端位于蓋板上方，另一端穿過蓋板與第一彈性體固定連接。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用本結(jié)構(gòu)的六維力傳感器具有準(zhǔn)確測量六維力和力矩，實(shí)現(xiàn)維間耦合，且力耦合性強(qiáng)，整個(gè)裝置結(jié)構(gòu)簡單緊湊的優(yōu)點(diǎn)。本技術(shù)方案中，六維力傳感器包括支撐墊圈、蓋板、外殼、底板、八個(gè)預(yù)緊旋鈕、第一彈性體、第二彈性體、八根長度相同的頂桿、四個(gè)體積相同的傳力鋼珠、應(yīng)變片。其中，第一彈性體包括四個(gè)懸臂梁，每個(gè)懸臂梁為一個(gè)一維測力元件。四個(gè)懸臂梁組合后，可以測量豎直面上的力和水平面上的力矩。第二彈性體包括四個(gè)懸臂梁，每個(gè)懸臂梁為一個(gè)一維測力元件。四個(gè)懸臂梁組合后，可以測量平面上的力和豎直面上的力矩。這樣，整個(gè)六維力傳感器由八個(gè)一維測力元件組合構(gòu)成，將電橋和放大電路嵌入在傳感器內(nèi)部，用來采集分析力和力矩。該裝置測量準(zhǔn)確，力耦合性強(qiáng)，且結(jié)構(gòu)簡單緊湊。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的正面局部剖視示意圖。

圖2是本實(shí)用新型的俯視局部剖視示意圖。

圖3是本實(shí)用新型的水平方向彈性傳力的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本實(shí)用新型的豎直方向彈性傳力的結(jié)構(gòu)示意圖。