[發(fā)明專利]一種可調(diào)量程的電容式三維力傳感器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010018065.4
• 申請(qǐng)日: 2020-01-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111174962B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-09-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高棟;張鵬飛;路勇;鄧柯楠
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01L5/165
• 分類號(hào): G01L5/165
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 高倩

一種可調(diào)量程的電容式三維力傳感器，操作簡(jiǎn)單、具有高分辨力，屬于傳感器技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明包括彈性載體、保護(hù)外殼、密封端蓋、可動(dòng)電容極板、固定電容極板、調(diào)整墊塊、螺柱、差動(dòng)螺母、刻度盤，彈性載體的中間開(kāi)槽形成十字槽和十字梁結(jié)構(gòu)，且十字槽交叉坐落于十字梁上，可動(dòng)電容極板和固定電容極板組成電容傳感器，可動(dòng)電容極板和固定電容極板分別粘接在十字槽和調(diào)整墊塊上，調(diào)整墊塊與螺柱固定連接，螺柱外螺紋與差動(dòng)螺母內(nèi)螺紋、差動(dòng)螺母外螺紋與彈性載體內(nèi)螺紋組成差動(dòng)螺紋副，旋轉(zhuǎn)刻度盤與差動(dòng)螺母外部螺紋配合連接；根據(jù)固定電容極板與可動(dòng)電容極板的初始間距，獲得傳感器測(cè)力靈敏度和量程。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種三維力傳感器，特別涉及一種可調(diào)量程的電容式三維力傳感器，屬于傳感器技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著機(jī)器人行業(yè)的快速發(fā)展，智能化機(jī)器人已收到工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。其中，多維力傳感器作為智能機(jī)器人感知外界環(huán)境和接觸物體的重要媒介，是智能機(jī)器人發(fā)展不可缺少的關(guān)鍵部件。目前，根據(jù)測(cè)量原理，多維力傳感器主要分為電阻應(yīng)變式、壓電式、電容式。壓電式傳感器剛性高、動(dòng)態(tài)特性好，但很難長(zhǎng)時(shí)間測(cè)試靜態(tài)力，適合于沖擊、爆炸等領(lǐng)域；目前，應(yīng)用最廣泛的電阻應(yīng)變式傳感器，具有體積小、安裝方便、設(shè)計(jì)靈活、功能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但由于自身測(cè)試原理，導(dǎo)致剛度和靈敏度無(wú)法兼得，動(dòng)態(tài)性較差。隨著電容式微位移傳感器的發(fā)展，其位移分辨率可達(dá)納米級(jí)別，基于此制作的力傳感器，不僅可測(cè)靜態(tài)力，而且分辨力高、剛度高、動(dòng)態(tài)性好。

目前，多數(shù)電容式傳感器是固定的量程和靈敏度，如公開(kāi)號(hào)CN201910265925.1“一種變極距型電容式三維力傳感器結(jié)構(gòu)”，傳感器的量程和靈敏度不可調(diào)節(jié)。將對(duì)機(jī)器人感知變化的外界環(huán)境和物體產(chǎn)生局限性，若安裝個(gè)多個(gè)傳感器成本將大大增加，安裝過(guò)程復(fù)雜，因此有必要研制可調(diào)量程和靈敏度的多維力傳感器?？烧{(diào)量程和靈敏度的電容式傳感器出現(xiàn)的不多，中國(guó)專利CN 107063517A“一種基于電容邊緣效應(yīng)的力矩傳感器”通過(guò)傳感器外圈結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)電容動(dòng)靜極板的初始間距，實(shí)現(xiàn)傳感器量程和靈敏度的可調(diào)節(jié)，但該測(cè)量裝置僅能測(cè)量和調(diào)節(jié)單一方向的扭矩，并且操作復(fù)雜、可調(diào)性差。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種操作簡(jiǎn)單、具有高分辨力的可調(diào)量程的電容式三維力傳感器。

本發(fā)明的一種可調(diào)量程的電容式三維力傳感器，包括彈性載體1、保護(hù)外殼2、密封端蓋3、可動(dòng)電容極板4、固定電容極板5、調(diào)整墊塊6、螺柱7、差動(dòng)螺母8、刻度盤9，彈性載體1的中間開(kāi)槽形成十字槽1A和十字梁1B結(jié)構(gòu)，且十字槽1A交叉坐落于十字梁1B上，可動(dòng)電容極板4和固定電容極板5組成電容傳感器，可動(dòng)電容極板4和固定電容極板5分別粘接在十字槽1A和調(diào)整墊塊上，調(diào)整墊塊6與螺柱7固定連接，螺柱7外螺紋與差動(dòng)螺母8內(nèi)螺紋、差動(dòng)螺母8外螺紋與彈性載體1內(nèi)螺紋組成差動(dòng)螺紋副，旋轉(zhuǎn)刻度盤與差動(dòng)螺母8外部螺紋配合連接；

本發(fā)明根據(jù)固定電容極板5與可動(dòng)電容極板4的初始間距，獲得傳感器測(cè)力靈敏度和量程，根據(jù)四個(gè)電容傳感器感知到的十字槽1A的變形量，獲得軸向力、兩個(gè)方向的徑向力。

作為優(yōu)選，本發(fā)明的彈性載體1呈臺(tái)階筒狀，凸出端為固定端，則另一端為受力端，整個(gè)傳感器外部由保護(hù)外殼與彈性載體1固定端端部連接，受力端裝配密封端蓋3保護(hù)密封。

作為優(yōu)選，本發(fā)明的彈性載體1呈臺(tái)階筒狀，兩端部均有若干螺紋孔和定位銷孔。調(diào)整墊塊6與彈性載體1十字槽兩側(cè)面相配合，抑制調(diào)整墊塊6轉(zhuǎn)動(dòng)。

本發(fā)明的有益效果，本發(fā)明可以調(diào)節(jié)電容傳感器的間距，從而轉(zhuǎn)化為調(diào)節(jié)三維力傳感器的靈敏度和量程，適合于智能機(jī)器人感知不同大小的力，而不必更換多個(gè)不同量程的傳感器，操作簡(jiǎn)單，而且可以調(diào)節(jié)電容傳感器的間距達(dá)到很小，具備高分辨力的特點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明電容式三維力傳感器的示意圖；

圖2為彈性載體1的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為彈性載體1的平面示意圖；