[發明專利]一種內嵌階梯式傳感裝置及其測量六維力的方法

有效

• 申請號: 201910676843.6
• 申請日: 2019-07-25
• 公開（公告）號: CN110243508B
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發明（設計）人: 肖計春;何國田
• 申請（專利權）人: 重慶魯班機器人技術研究院有限公司
• 主分類號: G01L1/22
• 分類號: G01L1/22
• 代理公司: 重慶圖為知識產權代理事務所(普通合伙) 50233
• 代理人: 劉竹

1.一種內嵌階梯式傳感裝置，其特征在于，包括：上法蘭(1)、外殼(7)、底座(8)、下法蘭(9)、以及感應單元(10)；所述感應單元(10)包括上層階梯剛性梁(2)、下層階梯剛性梁(3)、上預壓板(4)、右預壓板(5)、套筒(6)及分布在所述上層階梯剛性梁(2)和下層階梯剛性梁(3)上的共32塊磁流變彈性體；所述上層階梯剛性梁(2)與所述下層階梯剛性梁(3)通過階梯的形式相互配合；所述外殼(7)用于連接所述套筒(6)和所述底座(8)；所述底座(8)用于固定所述套筒(6)、并連接所述下法蘭(9)；所述下法蘭(9)與機器人末端相連；所述上法蘭(1)與所述上層階梯剛性梁(2)連接；所述上預壓板(4)分別與所述套筒(6)和所述外殼(7)相連接；所述上預壓板(4)還分別與所述上層階梯剛性梁(2)和所述下層階梯剛性梁(3)相連接；所述下層階梯剛性梁(3)還與所述右預壓板(5)連接；所述32塊磁流變彈性體通過導線組成六組半橋雙臂電橋電路，分別記為，第一電路、第二電路、第三電路、第四電路、第五電路和第六電路；所述感應單元(10)通過磁流變彈性體將相對面壓力信號轉化為電信號；

所述六組半橋雙臂電橋電路分別獨立的輸出六個獨立的電信號，六個電信號分別對應六維力中的六個方向的力/力矩；

所述套筒(6)包括用于連接所述外殼(7)及所述上預壓板(4)的第二通孔(6-3)和用于將上面臨時預壓的螺栓取出的第三通孔(6-4)；所述上預壓板(4)包括用于與所述套筒(6)及所述外殼(7)相連接的第四螺紋孔(4-1)；所述共32塊磁流變彈性體置于所述上層階梯剛性梁(2)與所述下層階梯剛性梁(3)之間、所述上層階梯剛性梁(2)與所述上預壓板(4)之間、所述下層階梯剛性梁(3)與所述右預壓板(5)之間；將所述上層階梯剛性梁(2)與所述下層階梯剛性梁(3)先沿Z軸方向預壓，再以繞Z軸順時針方向旋轉預壓，然后再通過所述上預壓板(4)和所述右預壓板(5)進行預壓，并通過螺栓連接所述上預壓板(4)、所述上層階梯剛性梁(2)和所述下層階梯剛性梁(3)，并通過螺栓連接所述右預壓板(5)、所述上層階梯剛性梁(2)和所述下層階梯剛性梁(3)；然后將所述套筒(6)套入，并通過所述第三通孔(6-4)將預壓的螺栓取出，最后通過所述第二通孔(6-3)、所述第四螺紋孔(4-1)將所述套筒(6)與所述上預壓板(4)及所述右預壓板(5)進行螺栓連接；通過所述第一電路測量X向力，通過所述第二電路測量Y向力，通過所述第三電路測量Z向力，通過所述第四電路測量X向力矩，通過所述第五電路測量Y向力矩，通過所述第六電路測量Z向力矩；

所述上層階梯剛性梁(2)包括存放所述磁流變彈性體的上層槽(2-3)；所述下層階梯剛性梁(3)包括存放所述磁流變彈性體的下層槽(3-1)；從Y軸正方向看，從上至下可分為第一階梯面、第二階梯面、第三階梯面、第四階梯面、第五階梯面和第六階梯面，每一個階梯面內分布一個所述下層槽(3-1)；以及分布在所述下層階梯剛性梁(3)右面的第七右平面，分布在所述上層階梯剛性梁(2)上面的第八上平面，每一個面內分布一個所述上層槽(2-3)；從X軸正方向看，從上至下可分為第九階梯面、第十階梯面、第十一階梯面、第十二階梯面、第十三階梯面和第十四階梯面，每一個階梯面內分布一個所述下層槽(3-1)；以及分布在所述下層階梯剛性梁(3)右面的第十五右平面，分布在所述上層階梯剛性梁(2)上面的第十六上平面，每一個面內分布一個所述上層槽(2-3)；從Y軸負方向看，從上至下可分為第十七階梯面、第十八階梯面、第十九階梯面、第二十階梯面、第二十一階梯面和第二十二階梯面，每一個階梯面內分布一個所述下層槽(3-1)；以及分布在所述下層階梯剛性梁(3)右面的第二十三右平面，分布在所述上層階梯剛性梁(2)上面的第二十四上平面，每一個面內分布一個所述上層槽(2-3)；從X軸負方向看，從上至下可分為第二十五階梯面、第二十六階梯面、第二十七階梯面、第二十八階梯面、第二十九階梯面和第三十階梯面，每一個階梯面內分布一個所述下層槽(3-1)；以及分布在所述下層階梯剛性梁(3)右面的第三十一右平面，分布在所述上層階梯剛性梁(2)上面的第三十二上平面，每一個面內分布一個所述上層槽(2-3)；所述共32個磁流變彈性體放置在所述上層槽(2-3)及所述下層槽(3-1)中；

所述共32塊磁流變彈性體具體設置如下：設置于所述第一階梯面下層槽(3-1)上的磁流變彈性體為R₁，設置于所述第二階梯面下層槽(3-1)上的磁流變彈性體為R₂，設置于所述第三階梯面下層槽(3-1)上的磁流變彈性體為R₃，設置于所述第四階梯面下層槽(3-1)上的磁流變彈性體為R₄，設置于所述第五階梯面下層槽(3-1)上的磁流變彈性體為R₅，設置于所述第六階梯面下層槽(3-1)上的磁流變彈性體為R₆，設置于所述第七右平面上層槽(2-3)上的磁流變彈性體為R₇，設置于所述第八上平面上層槽(2-3)上的磁流變彈性體為R₈；設置于所述第九階梯面下層槽(3-1)上的磁流變彈性體為R₉，設置于所述第十階梯面下層槽(3-1)上的磁流變彈性體為R₁₀，設置于所述第十一階梯面下層槽(3-1)上的磁流變彈性體為R₁₁，設置于所述第十二階梯面下層槽(3-1)上的磁流變彈性體為R₁₂，設置于所述第十三階梯面下層槽(3-1)上的磁流變彈性體為R₁₃，設置于所述第十四階梯面下層槽(3-1)上的磁流變彈性體為R₁₄，設置于所述第十五右平面上層槽(2-3)上的磁流變彈性體為R₁₅，設置于所述第十六上平面上層槽(2-3)上的磁流變彈性體為R₁₆；設置于所述第十七階梯面下層槽(3-1)上的磁流變彈性體為R₁₇，設置于所述第十八階梯面下層槽(3-1)上的磁流變彈性體為R₁₈，設置于所述第十九階梯面下層槽(3-1)上的磁流變彈性體為R₁₉，設置于所述第二十階梯面下層槽(3-1)上的磁流變彈性體為R₂₀，設置于所述第二十一階梯面下層槽(3-1)上的磁流變彈性體為R₂₁，設置于所述第二十二階梯面下層槽(3-1)上的磁流變彈性體為R₂₂，設置于所述第二十三右平面上層槽(2-3)上的磁流變彈性體為R₂₃，設置于所述第二十四上平面上層槽(2-3)上的磁流變彈性體為R₂₄；設置于所述第二十五階梯面下層槽(3-1)上的磁流變彈性體為R₂₅，設置于所述第二十六階梯面下層槽(3-1)上的磁流變彈性體為R₂₆，設置于所述第二十七階梯面下層槽(3-1)上的磁流變彈性體為R₂₇，設置于所述第二十八階梯面下層槽(3-1)上的磁流變彈性體為R₂₈，設置于所述第二十九階梯面下層槽(3-1)上的磁流變彈性體為R₂₉，設置于所述第三十階梯面下層槽(3-1)上的磁流變彈性體為R₃₀，設置于所述第三十一右平面上層槽(2-3)上的磁流變彈性體為R₃₁，設置于所述第三十二上平面上層槽(2-3)上的磁流變彈性體為R₃₂；

所述第一電路的結構為：R₃與R₁₉、R₅與R₂₁分別串聯之后再并聯，最后整體連接到電源的正負極，R₃與R₁₉之間設置接線柱C₁，R₅與R₂₁之間設置接線柱D₁，在C₁與D₁之間接入信號采集電路；所述第二電路的結構為：R₁₁與R₂₇、R₁₃與R₂₉分別串聯之后再并聯，最后整體連接到電源的正負極，R₁₁與R₂₇之間設置接線柱C₂，R₁₃與R₂₉之間設置接線柱D₂，在C₂與D₂之間接入信號采集電路；所述第三電路的結構為:R₄、R₂₀、R₈與R₂₄串聯之后再與串聯之后的R₁₆、R₃₂、R₁₂與R₂₈并聯，最后整體連接到電源的正負極，R₂₀與R₈之間設置接線柱C₃，R₃₂與R₁₂之間設置接線柱D₃，在C₃與D₃之間接入信號采集電路；所述第四電路的結構為:所述R₂與所述R₁₈、所述R₆與所述R₂₂分別串聯之后再并聯，最后整體連接到電源的正負極，所述R₂與所述R₁₈之間設置接線柱C₄，所述R₆與所述R₂₂之間設置接線柱D₄，在C₄與D₄之間接入信號采集電路；所述第五電路的結構為:所述R₁₀與所述R₂₆、所述R₃₀與所述R₁₄分別串聯之后再并聯，最后整體連接到電源的正負極，所述R₁₀與所述R₂₆之間設置接線柱C₅，所述R₃₀與所述R₁₄之間設置接線柱D₅，在C₅與D₅之間接入信號采集電路；所述第六電路的結構為:所述R₁、所述R₁₇、所述R₇與所述R₂₃串聯之后再與串聯之后的所述R₁₅、所述R₃₁、所述R₉與所述R₂₅并聯，最后整體連接到電源的正負極，所述R₁₇與所述R₇之間設置接線柱C₆，所述R₃₁與所述R₉之間設置接線柱D₆，在C₆與D₆之間接入信號采集電路。