[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

本發明提供一種內嵌階梯式傳感裝置及其測量六維力的方法，包括：上法蘭、外殼、底座、下法蘭、感應單元；感應單元包括上層階梯剛性梁、下層階梯剛性梁、上預壓板、右預壓板、套筒及分布在上層階梯剛性梁和下層階梯剛性梁上的共32塊磁流變彈性體；上層階梯剛性梁與下層階梯剛性梁通過階梯的形式相互配合；32塊磁流變彈性體通過導線組成六組半橋雙臂電橋電路，感應單元通過磁流變彈性體將相對面壓力信號轉化為電信號；六組半橋雙臂電橋電路分別獨立輸出六個電信號，分別對應六維力的六個方向的力/力矩；通過上述方案，創新提出了內嵌階梯式套筒結構，有效減小預壓難度，提高預壓精度，增加傳感器整體的可靠性和測量精度，實現結構解耦。

技術領域

本發明涉及傳感裝置技術領域，具體的，是一種內嵌階梯式傳感裝置及其測量六維力的方法。

背景技術

現有的六維力傳感器本身的可靠性和傳感單元的可靠性較低，整體壽命下降；簡單的套筒預壓裝置不易進行預壓操作導致操作過程繁瑣；一般的，現有的六維力傳感器通過電橋將電阻信號轉變為電壓信號時，產生的電信號微弱，需要放大電路進行放大，但電信號被放大后會失真；且各個力/力矩相互之間存在一定的耦合，影響傳感精度。

整體來看，現有的六維力傳感裝置在預壓方式和信號傳遞方面都有不盡人意之處，最終影響了六維力傳感裝置的傳感精確度。

發明內容

本發明的目的在于提出一種內嵌階梯式傳感裝置及其測量六維力的方法，旨在解決現有技術中，六維力傳感裝置在預壓方式和信號傳遞方面都有不盡人意之處，最終影響了六維力傳感裝置的傳感精確度的問題。

為解決上述技術問題，本發明提供一種內嵌階梯式傳感裝置，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。

可選地，所述上層階梯剛性梁(2)包括與所述上法蘭連接的第一螺紋孔 (2-1)、傳遞外部施加力的傳力軸(2-2)、存放所述磁流變彈性體的上層槽 (2-3)、用于連接所述上預壓板(4)及所述右預壓板(5)的第二螺紋孔(2-4)；所述上層階梯剛性梁(2)為一體成型；所述上層槽(2-3)的內側倒了圓角；所述上層槽(2-3)的兩邊寬度大于所述磁流變彈性體本身的寬度。

可選地，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)、用于連接所述上預壓板(4)及所述右預壓板(5)的第三螺紋孔(3-2)；所述下層槽(3-1)的內側倒了圓角；所述下層槽(3-1)的兩邊寬度大于所述磁流變彈性體本身的寬度。

可選地，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)，以及與所述上層階梯剛性梁(2)、所述下層階梯剛性梁(3)相連接的第一沉頭孔(4-2)。