[發明專利]基于周向陣列的套裝梁壓容感知六維力傳感器

有效

• 申請號: 201910136787.7
• 申請日: 2019-02-25
• 公開（公告）號: CN109781330B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 廖昌榮;李佩;壽夢杰;謝磊
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01L5/169
• 分類號: G01L5/169;G01L5/171
• 代理公司: 北京海虹嘉誠知識產權代理有限公司 11129
• 代理人: 呂小琴

本發明提供的一種基于周向陣列的套裝梁壓容感知六維力傳感器，包括內圓柱臺、設置在內圓柱臺外側呈中空圓柱形的外殼、套裝梁組件、受力頂板和固定底板；所述內圓柱臺外側壁周向均勻設置有若干套裝梁組件；所述套裝梁組件一端與內圓柱臺外側壁固定連接，另一端與外殼的內側壁固定連接；所述受力頂板同軸固定連接于內圓柱臺的頂部，且受力頂板的外邊緣與外殼的內側壁之間留有活動行程間隙；所述固定底板設置于內圓柱臺的正下方，且固定底板固定連接于外殼底部；本發明結構簡單緊湊，安裝方便，模塊化強，維間耦合程度低且具備良好靈敏度，高線性度，易于解耦，可靠性強，不易過載失效。

技術領域

本發明涉及傳感技術領域，具體涉及一種基于周向陣列的套裝梁壓容感知六維力傳感器。

背景技術

六維力傳感器能夠檢測力在空間作用的全部信息，廣泛應用于智能機器人，自動控制，航空航天，仿生運動等研究領域，在工業生產，國防建設和科學技術發展中都發揮著重要的作用。

迄今為止國內外已經研究出多種六維力傳感器。基于不同的的傳感測量原理，六維力傳感器分為電容式、壓阻式、應變式，壓電式等。早期的六維力傳感器結構為壓阻式傳感器，各分力耦合程度高且很難解耦，而傳統的電容式傳感器和壓電式傳感器存在量程小的缺點。盡管國內外提出相當多六維力傳感器，例如：國外學者科爾(Keer)和奴因(Nguyen)以及法瑞西(Ferraresi)等人提出并研究了斯帝瓦特(Stewart)結構六維力傳感器，但是由于他沿用真實的球鉸作為力傳感器的運動副，從而限制了它的應用范圍，六自由度力與力矩傳感器(中國專利：CN2165435Y),機器人用六維力與力矩傳感器(中國專利：CN2066134U),但是這些技術存在一些問題，有的結構復雜、有的標定困難、有的尺寸大、有的剛度低、有的靈敏度低、有的長期使用后可靠性下降，有的量程小易過載失效等。

針對現有技術的不足，急需開發出一種既能滿足工業生產要求，具備良好靈敏度，高線性度，易于解耦且具有長期可靠性以及不易過載失效的六維力傳感器。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的是提供一種基于周向陣列的套裝梁壓容感知六維力傳感器，結構簡單緊湊，安裝方便，模塊化強，維間耦合程度低且具備良好靈敏度，高線性度，易于解耦，可靠性強，不易過載失效。

本發明提供一種基于周向陣列的套裝梁壓容感知六維力傳感器，包括內圓柱臺、套設在內圓柱臺外側呈中空圓柱形的外殼、套裝梁組件、受力頂板和固定底板；

所述內圓柱臺外側壁周向均勻設置有若干套裝梁組件；所述套裝梁組件一端與內圓柱臺外側壁固定連接，另一端與外殼的內側壁固定連接；

所述受力頂板同軸固定連接于內圓柱臺的頂部，且受力頂板的外邊緣與外殼的內側壁之間留有活動行程間隙；

所述固定底板設置于內圓柱臺的正下方，且固定底板固定連接于外殼底部。

進一步，所述套裝梁組件包括懸臂梁、用于監測六自由度力和力矩的傳感單元以及包覆殼；

所述懸臂梁長度方向的一端固定連接于內圓柱臺外側壁，所述懸臂梁長度方向的另一端的五個外壁面分別設置有傳感單元；

所述包覆殼套設在傳感單元的外側，將傳感單元壓緊貼合在懸臂梁的外壁面；所述包覆殼的朝向外殼內側壁的一側壁面固定連接于外殼的內側壁。

進一步，所述傳感單元包括傳感基體、分別固定設置在傳感基體兩側且與傳感基體對齊的第一柔性電極片和第二柔性電極片；所述第一柔性電極片和第二柔性電極片結構相同。

進一步，所述第一柔性電極片與懸臂梁的外壁面壓緊貼合；所述第二柔性電極片與包覆殼的內壁面壓緊貼合。

進一步，所述傳感基體為磁流變彈性體。

進一步，所述懸臂梁寬度方向的截面為正方形。