[發明專利]用于針刺手法量化的機器手的六維力/力矩傳感器

有效

• 申請號: 201710095955.3
• 申請日: 2017-02-22
• 公開（公告）號: CN106644234B
• 公開（公告）日: 2019-02-26
• 發明（設計）人: 張永立;李會艷;王江;鄧斌;馬明宇;和童昭
• 申請（專利權）人: 天津職業技術師范大學
• 主分類號: G01L5/16
• 分類號: G01L5/16;A61H39/08
• 代理公司: 天津才智專利商標代理有限公司 12108
• 代理人: 呂志英

1.一種用于針刺手法量化的機器手的六維力/力矩傳感器，其特征是：該傳感器包括有主動平臺(1)、柔性十字軸(2)、從動平臺(3)、軸承組件(4)、四個柔性P鉸(5)、八個萬向鉸(6)、針(7)、P鉸支架(8)、針座(9)，形成對針刺針所受力/力矩進行檢測的柔性并聯機構；

以所述十字軸(2)的中心為原點建立相對于主動平臺(1)固定的x,y,z三維坐標系，所述主動平臺(1)與從動平臺(3)均為U形結構體，主動平臺(1)的U形開口與從動平臺(3)的U形開口相對，兩者通過柔性十字軸(2)鏈接，柔性十字軸(2)的y方向的一對軸端通過軸承組件(4)與主動平臺(1)的側壁鏈接，x方向的一對軸端通過軸承組件(4)與從動平臺(3)的側壁鏈接構成一個柔性U鉸；

所述針座(9)上端為一法蘭結構，通過螺釘固定于從動平臺(3)的外端面中心位置，針座(9)中心設有直徑3mm的孔，針(7)的端部插入針座(9)的孔中并通過頂絲固定，針座(9)的下端也為法蘭結構；每兩個所述萬向鉸(6)連接一個所述柔性P鉸(5)結構兩端而構成四個柔性支桿，每個柔性支桿分別對稱的安裝于針座(9)與P鉸支架(8)之間，分別標記為第一P鉸(P1)、第二P鉸(P2)、第三P鉸(P3)、第四P鉸(P4)；P鉸支架(8)通過螺釘固定于主動平臺(1)U形臂的端面上，與主動平臺(1)形成一個整體結構；

所述柔性十字軸(2)的每個半軸臂上設有兩個方向相互垂直的中空區結構，即八個中空區形成八個力敏感區，在每個力敏感區兩側外面上粘貼應變片并搭建成多個應變電路，在主動平臺(1)的U形槽內與柔性十字軸(2)之間的空間內設置集成電路板，通過螺釘固定在主動平臺(1)U形槽內頂面上；所述柔性P鉸(5)為U形結構，且兩U形臂之間有一個圓孔結構而形成力敏感區，在所述力敏感區兩個外側面粘貼應變片并搭建成多個應變電路，在所述力敏感區兩個外側面粘貼應變片，柔性十字軸(2)的各應變電路和柔性P鉸(5)的各應變電路均集成在所述集成電路板上。

2.根據權利要求1所述的用于針刺手法量化的機器手的六維力/力矩傳感器，其特征是：所述柔性十字軸(2)力敏感區應變片組成的應變電路有應變電路a、應變電路b、應變電路c、應變電路d、應變電路e，其中應變電路a、應變電路b、應變電路e是全橋式電路，應變電路c、應變電路d為半橋式電路，由應變電路a或者應變電路b獲得針(7)沿柔性十字軸(2)的z方向的力F_z，由應變電路c獲得針(7)沿柔性十字軸(2)的x方向的力F_x，由應變電路d獲得針(7)沿柔性十字軸(2)的y方向的力F_y，由應變電路e獲得針(7)繞柔性十字軸(2)的z軸旋轉的力矩M_z。

3.根據權利要求1所述的用于針刺手法量化的機器手的六維力/力矩傳感器，其特征是：所述柔性P鉸(5)的力敏感區應變片組成的應變電路f、應變電路g均為全橋式應變電路，由應變電路f、應變電路g分別獲得針繞x、y軸的反轉力矩M_y、M_x。