[發(fā)明專(zhuān)利]一種六維力傳感器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010956469.8
• 申請(qǐng)日: 2020-09-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111998982B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-03-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫競(jìng);陳先寶;劉仁強(qiáng);高峰
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 上海智籍機(jī)器人有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G01L5/16
• 分類(lèi)號(hào): G01L5/16
• 代理公司: 上海百一領(lǐng)御專(zhuān)利代理事務(wù)所(普通合伙) 31243
• 代理人: 甘章乖

本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N六維力傳感器，包括：外殼、底座和傳感器主體,所述傳感器主體包括動(dòng)平臺(tái)、支撐體以及多組應(yīng)力桿組；所述多組應(yīng)力桿組兩兩一組，每組所述應(yīng)力桿組包括第一應(yīng)力桿與第二應(yīng)力桿，所述第一應(yīng)力桿與所述第二應(yīng)力桿所在的平面可圍合形成一正多面體結(jié)構(gòu)；所述第一應(yīng)力桿與所述第二應(yīng)力桿按照?qǐng)A周陣列方式設(shè)置在所述支撐體的外側(cè)邊；所述第一應(yīng)力桿與所述第二應(yīng)力桿設(shè)置在所述支撐體和所述動(dòng)平臺(tái)之間，且所述第一應(yīng)力桿與所述第二應(yīng)力桿相互之間呈一定角度設(shè)置。本申請(qǐng)?zhí)岢龅亩嘟M應(yīng)力桿組周向旋轉(zhuǎn)對(duì)稱布置的新布局方式，降低了傳感器在力/力矩測(cè)量感知過(guò)程中因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)帶來(lái)的耦合度誤差，從而提高了測(cè)量的穩(wěn)定性和精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于傳感器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種六維力傳感器。

背景技術(shù)

多維力傳感器指的是一種能夠同時(shí)測(cè)量?jī)蓚€(gè)方向以上力及力矩分量的力傳感器，在笛卡爾坐標(biāo)系中，力和力矩可以各自分解為三個(gè)分量，因此，多維力最完整的形式是六維力/力矩傳感器，即能夠同時(shí)測(cè)量三個(gè)力分量和三個(gè)力矩分量的傳感器。

在現(xiàn)有技術(shù)中，最為常見(jiàn)的六維力/力矩傳感器主要采用梁式結(jié)構(gòu)，而梁式結(jié)構(gòu)又可分為豎梁結(jié)構(gòu)和橫梁結(jié)構(gòu)。造成耦合度高的主要問(wèn)題，通常是指在一個(gè)方向施加作用力，其它不受力的方向也會(huì)產(chǎn)生力信號(hào)，這就是耦合帶來(lái)的誤差，目前主要通過(guò)標(biāo)定的方式來(lái)消除該誤差。十字梁結(jié)構(gòu)軸向?qū)ΨQ性好，強(qiáng)度較高，但是在消除耦合誤差方面表現(xiàn)一般。豎梁結(jié)構(gòu)都朝一側(cè)布置，在一個(gè)方向施加作用力對(duì)結(jié)構(gòu)變形產(chǎn)生的誤差無(wú)法抵消，造成測(cè)量力/力矩隨耦合誤差變化較大。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)或不足，本申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N六維力傳感器，通過(guò)采用應(yīng)力桿組周向旋轉(zhuǎn)對(duì)稱布置的新布局方式，降低傳感器在力/力矩測(cè)量感知過(guò)程中因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)帶來(lái)的耦合度誤差等。

為達(dá)到上述目的，本申請(qǐng)采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

本申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N六維力傳感器，包括：外殼和底座，還包括：

傳感器主體,所述傳感器主體包括動(dòng)平臺(tái)、支撐體以及多組應(yīng)力桿組；

所述支撐體設(shè)置在所述動(dòng)平臺(tái)內(nèi)且所述支撐體通過(guò)多組應(yīng)力桿組與所述動(dòng)平臺(tái)活動(dòng)連接，每組所述應(yīng)力桿組包括第一應(yīng)力桿與第二應(yīng)力桿；

所述第一應(yīng)力桿與所述第二應(yīng)力桿設(shè)置在所述支撐體和所述動(dòng)平臺(tái)之間，且所述第一應(yīng)力桿與所述第二應(yīng)力桿相互之間呈一定角度設(shè)置；

所述第一應(yīng)力桿與所述第二應(yīng)力桿所在的平面可圍合形成一正多面體結(jié)構(gòu)，采用多面體上下、軸向?qū)ΨQ的設(shè)計(jì)，可以有效的解決溫漂的問(wèn)題；所述多組應(yīng)力桿組兩兩一組并按照?qǐng)A周陣列方式設(shè)置在所述支撐體的外側(cè)邊；該應(yīng)力桿組布局使得各應(yīng)力桿只受沿其軸向的拉、壓力，力映射關(guān)系簡(jiǎn)單清晰，各向同性較好，可有效降低力/力矩測(cè)量中維間耦合，提高傳感器測(cè)量精度；

所述支撐體與所述底座連接，所述動(dòng)平臺(tái)與所述外殼連接。

進(jìn)一步地，所述第一應(yīng)力桿/所述第二應(yīng)力桿沿周向均勻布設(shè)，以便于每組應(yīng)力桿組與其呈180°旋轉(zhuǎn)對(duì)稱布置的應(yīng)力桿組能夠相互抑制各自內(nèi)部應(yīng)力的產(chǎn)生。

進(jìn)一步地，所述第一應(yīng)力桿與所述第二應(yīng)力桿相對(duì)所述支撐體側(cè)邊為中心對(duì)稱設(shè)置，該應(yīng)力桿組布局使得各應(yīng)力桿只受沿其軸向的拉、壓力，力映射關(guān)系簡(jiǎn)單清晰，各向同性較好，可有效降低力/力矩測(cè)量中維間耦合，提高傳感器測(cè)量精度。

進(jìn)一步地，所述第一應(yīng)力桿與所述第二應(yīng)力桿傾斜設(shè)置在所述支撐體的側(cè)邊，且所述第一應(yīng)力桿與所述第二應(yīng)力桿相向設(shè)置。

進(jìn)一步地，所述第一應(yīng)力桿和所述第二應(yīng)力桿共面或者異面布置。

進(jìn)一步地，所述支撐體設(shè)置成正多邊形，所述支撐體所形成的正多邊形的邊數(shù)與設(shè)置在其外側(cè)邊的應(yīng)力桿組的數(shù)量均相同。