[發(fā)明專利]一種三維力傳感器及其工作方法

在審

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• 申請日: 2019-12-31
• 公開（公告）號: CN111024293A
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李濟(jì)澤;戴福全;朱悅涵
• 申請（專利權(quán)）人: 福建工程學(xué)院
• 主分類號: G01L5/16
• 分類號: G01L5/16
• 代理公司: 福州元創(chuàng)專利商標(biāo)代理有限公司 35100
• 代理人: 黃詩錦;蔡學(xué)俊

1.一種三維力傳感器，其特征在于：包括殼體、環(huán)形端蓋、摩擦納米發(fā)電機(jī)、彈性變形體以及受力體，所述殼體為上端具有開口的筒狀結(jié)構(gòu)，殼體的內(nèi)側(cè)面設(shè)有若干個呈圓周均布的定位凹槽，每個定位凹槽內(nèi)安裝有至少一個摩擦納米發(fā)電機(jī)；所述環(huán)形端蓋固聯(lián)在殼體的頂部；所述彈性變形體容置在殼體內(nèi)部，彈性變形體的頂面中部設(shè)有定位孔，彈性變形體的外側(cè)面設(shè)有與若干個定位凹槽的位置相對應(yīng)的若干個定位凸部，所述定位凸部嵌入到定位凹槽內(nèi)且與摩擦納米發(fā)電機(jī)相接觸；所述受力體的下部嵌入到定位孔內(nèi)且與定位孔的側(cè)壁相接觸，受力體的上部向上穿過環(huán)形端蓋。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維力傳感器，其特征在于：所述殼體和彈性變形體均為圓柱體狀，殼體的內(nèi)側(cè)面與彈性變形體的外側(cè)面相貼合，彈性變形體的頂面與環(huán)形端蓋的底面相貼合。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維力傳感器，其特征在于：所述定位凹槽和定位凸部均為豎向延伸的長條狀，定位凹槽的上端延伸至殼體的上端開口。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維力傳感器，其特征在于：所述摩擦納米發(fā)電機(jī)包括安裝基座、柔性底座、柔性外殼、橡膠膜、銅膜以及外接電路，所述柔性底座固聯(lián)在安裝基座的頂面中部；所述橡膠膜設(shè)置在柔性底座的頂面；所述銅膜罩設(shè)在柔性底座的外側(cè)，銅膜與橡膠膜之間連接有外接電路；所述柔性外殼罩設(shè)在銅膜的外側(cè)且固定在安裝基座的頂面，用于與定位凸部相接觸。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種三維力傳感器，其特征在于：所述安裝基座和柔性底座均為圓柱狀，柔性底座的頂部為向上凸起的弧形狀；所述銅膜和柔性外殼均為半球形狀。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種三維力傳感器，其特征在于：所述定位凹槽的的底面設(shè)有兩個沿豎向分布的安裝圓孔，每個安裝圓孔內(nèi)均嵌設(shè)有一個摩擦納米發(fā)電機(jī)的安裝基座。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維力傳感器，其特征在于：所述定位孔為上端直徑大、下端直徑小的圓臺狀且沿豎向貫通；所述受力體的下部為與定位孔的形狀相適應(yīng)的圓臺狀，受力體的上部為半球形狀。

8.一種三維力傳感器的工作方法，其特征在于：包括采用如權(quán)利要求1～7任一所述的一種三維力傳感器，工作時，受力體的上部承受外載荷的作用，彈性變形體在受力體下部的擠壓下沿徑向發(fā)生變形，彈性變形體外側(cè)面的定位凸部擠壓定位凹槽內(nèi)的摩擦納米發(fā)電機(jī)的柔性外殼，各個定位凹槽內(nèi)的摩擦納米發(fā)電機(jī)產(chǎn)生不同的電信號，通過對不同的電信號進(jìn)行解耦計(jì)算得出受力體所受三維力，從而實(shí)現(xiàn)對三維力的測量。