[實用新型]一種組合式三維力傳感器

有效

• 申請號: 201720509965.2
• 申請日: 2017-05-09
• 公開（公告）號: CN206876314U
• 公開（公告）日: 2018-01-12
• 發明（設計）人: 胡文輝;梁屹東;姚玉明;柯建東
• 申請（專利權）人: 寧波柯力傳感科技股份有限公司
• 主分類號: G01L1/22
• 分類號: G01L1/22;G01L5/16
• 代理公司: 寧波誠源專利事務所有限公司33102
• 代理人: 袁忠衛

技術領域

本實用新型屬于傳感器技術領域，涉及一種三維力傳感器，具體涉及一種組合式三維力傳感器。

背景技術

三維力傳感器作為多分力傳感器的一種典型代表，廣泛應用在機器人、實驗室等需要同時檢測多個方向力，或者力的方向在變化的各種場合。現在的做法，很多是通過在現場不同位置和角度安裝多只傳感器來實現。市場上已有的三維力傳感器一般采用剪輻式、懸臂梁式、平行梁式和鼓膜結構，一般是采用整體加工成型，此類產品加工復雜且加工和生產制作工藝很難保證，這種產品存在的問題是，成品在受單方向力時其他兩個方向會有明顯的輸出變化，影響實際力值檢測。

經查，現有專利號為CN201521130733.3的中國專利《一種小型三維力傳感器》，包括X、Y向彈性體、Z向彈性體、保護殼體和X、Y、Z向應變敏感單元，X、Y、Z向彈性體上設有應變敏感單元，X、Y、Z向彈性體從結構上進行物理解耦，X向、Y向和Z向應變敏感單元相互垂直設置，且X向、Y向、Z向應變敏感單元為等距離設置，X、Y向彈性體位于Z向彈性體上部，X、Y向彈性體和Z向彈性體外部設有保護殼體。這種三維傳感器是分體的，是小型的，用于小尺寸、低量程測力，適用于工業智能機器人手指三維力學測量，不能用于高量程測力。

還有專利號為CN201310184956.7的的中國專利《輪輻與中心銷柱組合式三維力傳感器》，該傳感器由彈性體和應變片組組成，所述彈性體為一整體式對稱結構，由輪輻基座、筋板與中心銷柱組成，所述筋板為四塊，其上包含八個與XY平面垂直的側面，所述應變片組包括12個應變片對，分別粘貼在彈性體四個矩形側面和四塊筋板的八個側面上，所述應變片組隨彈性體形狀變化產生應變導致電阻變化，并通過應變片組成的惠斯登電橋輸出分別與三方向分力FX、FY、FZ成線性正比變化的三個電壓信號。這種三維力傳感器是輪輻與中心銷柱組合式，測量精度也較高，但是其部件較多，結構比較復雜，且加工也較麻煩。

發明內容

本實用新型所要解決的技術問題是針對上述的技術現狀而提供一種結構簡單合理、加工制作方便的組合式三維力傳感器。

本實用新型解決上述技術問題所采用的技術方案為：一種組合式三維力傳感器，其特征在于：所述組合式三維力傳感器包括用于測量X方向和Y方向力的第一彈性體、測力豎直Z方向力的第二彈性體以及設于第一彈性體和第二彈性體上的應變計，其中第一彈性體呈“回”字形，第一彈性體上布置有X向應變區以及Y向應變區，應變計設置在X向應變區以及Y向應變區內，組成惠斯通電橋；第二彈性體呈“一”字形，第二彈性體的左右兩端通過固定螺栓與第一彈性體連接組合成以第二彈性體作為對稱軸的“日”字形的整體結構，在第二彈性體內對稱設有用于粘貼應變計的應變孔。

作為改進，所述第一彈性體上的X向應變區以及Y向應變區分別采用對稱設計，其中X向應變區為4個，分別左右對稱設于第一彈性體的前后二側，Y向應變區為4個，分別前后對稱設于第一彈性體的左右二側。

作為改進，所述第二彈性體的左右兩端分別向內開設有安裝螺孔，第一彈性體的左右兩側中部分別開設有對應的安裝孔，通過固定螺栓穿過安裝孔、安裝螺孔將第二彈性體安裝在第一彈性體內中部，同時通過固定螺栓將豎直方向力傳遞到第一彈性體上。

作為改進，所述第二彈性體的上端面中部設有一用于受力傳力的凸起面，在該凸起面的位置豎直開設有若干螺紋孔。

再改進，所述應變孔為四個，分別橫向對稱開設在第二彈性體前后端面上位于中部凸起面的左右兩側。

再改進，所述第一彈性體的前后兩側的中部成型有向下凸的與現場的支撐面相抵的支撐塊，支撐塊上分別豎直開設有與支撐面相連接的連接孔。

進一步改進，所述第一彈性體的前后左右外表面上對應于應變區的位置成型為內凹面。

最后，所述第一彈性體的一角側部開設有出線孔，出線孔處安裝有防水連接接頭。

與現有技術相比，本實用新型的優點在于：測量X方向和Y方向力的彈性體采用“回”字形，測力豎直Z方向力的彈性體為“一”字形，二者組合成“日”字形的整體結構，這樣彈性體不但具有各受力方向，可同時實現三個方向的力值檢測，而且加工方便，并可獨立備貨，在整體產品確認后進行組裝成型，大幅度降低了一體式結構帶來的加工難度和工藝問題。本實用新型采用組合式結構，結構簡單合理，可方便的實現各種量程的組合，同時降低了產品加工制作的成本和周期，在簡化加工難度的同時更容易保證產品加工質量，從而大大提高了生產效率和產品合格率。

附圖說明

圖1為本實用新型實施例的結構示意圖；