[實用新型]一種具有復合梁結構的電容式六維力傳感器

有效

• 申請號: 202022801234.X
• 申請日: 2020-11-27
• 公開（公告）號: CN213932927U
• 公開（公告）日: 2021-08-10
• 發明（設計）人: 蒲明輝;羅祺;胡世通;駱照陽;尹飛
• 申請（專利權）人: 廣西大學
• 主分類號: G01L5/165
• 分類號: G01L5/165
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本實用新型公開了一種具有復合梁結構的電容式六維力傳感器，其包括傳感器主體、絕緣墊片、感應動電極層、PCB板。傳感器主體主要由受力臺、外壁以及連接于外壁與受力臺之間的變形梁組成，其中變形梁為復合梁結構，由橫梁、豎梁以及縱梁三部分組成。絕緣墊片以及感應動電極層通過絕緣螺釘固定連接在傳感器主體受力臺上，PCB板固定在傳感器外壁內側的PCB安裝臺上，并與感應動電極層組成六個電容器。本實用新型采用復合梁作為變形梁，通過在普通等截面橫梁的基礎上增加豎梁和縱梁，減小變形梁整體的抗彎剛度，使電容式六維力傳感器各方向抗彎剛度相似，在任意方向力的傳遞過程中變形梁的反應更為靈敏，且傳感器各向靈敏度相似。

技術領域

本實用新型屬于傳感器技術領域，涉及力傳感器，特別涉及一種具有復合梁結構的電容式六維力傳感器。

背景技術

六維力傳感器作為機器人和環境之間進行力學信息交換的媒介，能夠實現對多維力信號的測量，在機械加工、汽車制造、智能化機器人以及航空航天等領域具有廣泛的應用。目前，基于電阻應變原理的六維力傳感器較為成熟，但其電路設計復雜，加工工藝要求較高，價格昂貴。電容式六維力傳感器結構簡單、動態性能好，屬于非接觸測量，相比電阻應變片式具有較長的使用壽命。然而目前大部分電容式六維力傳感器所用的彈性體為等截面直梁結構，在受力時某些方向剛度太大，導致傳感器各方向靈敏度不一致。

發明內容

本實用新型的目的在于，針對目前電容式六維力傳感器的不足，提出了一種具有復合梁結構的電容式六維力傳感器，通過復合梁結構的設計減小變形梁的整體抗彎剛度，提高了電容式六維力傳感器靈敏度，且使電容式六維力傳感器各向靈敏度相似。

為了實現上述目標，本實用新型的技術方案如下：

一種具有復合梁結構的電容式六維力傳感器包括傳感器主體1、絕緣墊片2、感應動電極層3、PCB板4；所述傳感器主體1至少包括外壁5、變形梁6以及受力臺7；所述外壁5內側設有凹槽8、PCB板安裝臺9以及走線孔10；

所述變形梁6為復合梁結構，至少包括橫梁6-1、豎梁6-2以及縱梁6-3；所述橫梁6-1一端固定連接于受力臺7外側，另一端垂直連接于豎梁6-2下端；所述豎梁6-2上端垂直連接于縱梁6-3中部位置；所述縱梁6-3兩端均連接于外壁5內側的凹槽8兩側；所述變形梁6數目為3呈120°角繞Z軸均勻分布。所述變形梁6為復合梁，即在普通等截面橫梁6-1的基礎上再增加豎梁6-2和縱梁6-3，當傳感器受到任意空間任意力時各方向抗彎剛度相似，故傳感器各方向靈敏度相似。

所述絕緣墊片2位于受力臺7與感應動電極層3之間，且絕緣墊片2以及感應動電極層3通過絕緣螺釘連接于受力臺7上；所述絕緣墊片2作用在于將傳感器主體1與感應動電極層3隔開，使兩者電氣隔離，減小傳感器使用過程中因帶電體靠近或接觸傳感器外壁5對電容器造成的電磁干擾，以提高傳感器測量精度；所述PCB板4通過螺釘安裝于PCB板安裝臺9上。

所述感應動電極層2上有平行板電容動電極11以及垂直型電容動電極12，數目均為3，且兩者繞Z軸呈60°夾角交叉分布。所述PCB板4上有平行板電容靜電極13、垂直型電容靜電極14；所述平行板電容動電極11與平行板電容靜電極13構成平行板電容器15；所述垂直型電容動電極12與垂直型電容靜電極14構成垂直型電容器16，且垂直型電容器16為差動式結構，以提高傳感器靈敏度和線性度。

本實用新型的特點和有益效果在于：

(1)本實用新型采用了一種復合梁結構變形梁，通過在普通等截面直梁的基礎上增加豎梁和縱梁來改善傳感器變形梁整體抗彎剛度，提高了電容式六維力傳感器靈敏度，且使電容式六維力傳感器各向靈敏度相似。

附圖說明

圖1為本實用新型整體爆炸圖；

圖2為本實用新型傳感器主體結構示意圖；

圖3為本實用新型傳感器主體與感應動電極層裝配示意圖；