[發(fā)明專利]一種基于光路阻隔法的小型力傳感器及六軸力傳感器

有效

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• 申請日: 2021-04-30
• 公開（公告）號: CN113188705B
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發(fā)明（設計）人: 白仲皖;魚晨
• 申請（專利權）人: 華力創(chuàng)科學（深圳）有限公司
• 主分類號: G01L5/16
• 分類號: G01L5/16;G01L5/166
• 代理公司: 深圳市中科創(chuàng)為專利代理有限公司 44384
• 代理人: 譚雪婷;王建成

本發(fā)明公開了一種基于光路阻隔法的小型力傳感器及六軸力傳感器，該小型力傳感器包括通過彈性件間隔堆疊連接的承載件和光傳導件，承載件上設有光阻隔件，光傳導件具有光通道，光通道設置有與光阻隔件對應的隔斷口，光阻隔件的自由端插入隔斷口內(nèi)。該六軸力傳感器為上下結(jié)構，其上層結(jié)構為至少三小型力傳感器組成，其下層至少為三個小型力傳感器組成，上下結(jié)構共用光傳導件，上下結(jié)構的彈性件呈相反的螺旋彎曲設置。當承載件受不同外力作用時，能夠帶動光阻隔件的自由端端部在隔斷口內(nèi)移動和/或偏轉(zhuǎn)來對光通道的光傳輸產(chǎn)生不同的干擾，這樣就能夠根據(jù)對光的干擾來確定小型力傳感器及六軸力傳感器的所受的力和力矩。

技術領域

本發(fā)明涉及力傳感器的技術領域，特別涉及一種基于光路阻隔法的小型力傳感器以及六軸力傳感器。

背景技術

隨著科學技術的發(fā)展，傳感器作為設備感知外界信息的基礎，受到了越來越多的重視。力敏傳感器作為支撐工業(yè)過程自動化的四大傳感器之一，被廣泛用于各工業(yè)生產(chǎn)部門和科學實驗研究中，力敏元件及傳感器品種規(guī)格繁多，其中，六軸力傳感器是其中一個重點的研究的熱點，在機器人領域具備廣泛的應用前景。

六軸力傳感器就是一種能夠同時檢測3個軸向(X軸、Y軸和Z軸)力分量和3個軸向力矩分量的力傳感器，目前仍處于發(fā)展階段，在結(jié)構設計和對所測力分量的敏感程度均存在一定的問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明的主要目的是提供一種基于光路阻隔法的小型力傳感器，其結(jié)構小巧且靈敏度高。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的基于光路阻隔法的小型力傳感器，包括間隔堆疊設置的承載件和光傳導件，所述承載件通過受力易變形的彈性件連接在所述光傳導件上；

所述承載件上設有向光傳導件延伸的光阻隔件，所述光傳導件具有光通道，所述光通道設置有與所述光阻隔件對應的隔斷口，所述光阻隔件的自由端插入所述隔斷口內(nèi)；

所述承載件受外力作用時，所述彈性件發(fā)生形變，使得所述承載件相對所述光傳導件產(chǎn)生移動和/或偏轉(zhuǎn)，從而帶動所述光阻隔件的自由端端部在所述隔斷口內(nèi)移動和/或偏轉(zhuǎn)來干擾光在光通道中的傳輸。

可選地，所述彈性件為彈性層、剛性柔順結(jié)構或者彈簧。

可選地，無外力作用下，所述光阻隔件的自由端端面與所述隔斷口的中心面重合，阻塞所述隔斷口的上半部分。

可選地，所述光通道的出口設有用于接收光信息的檢測器。

可選地，所述檢測器為光電二極管、圖像傳感器或光譜測量器中的任意一種。

可選地，所述光通道內(nèi)設有光傳輸件，所述承載件受外力作用時，所述光阻隔件的自由端端部在隔斷口內(nèi)偏轉(zhuǎn)和/或移動來擠壓所述光傳輸件，阻礙光在所述光傳輸件中的傳輸。

根據(jù)本發(fā)明提供的小型力傳感器，通過將承載件和光傳導件間隔堆疊設置的，并采用受力易變形的彈性件將承載件連接在光傳導件上。并在承載件上設有向光傳導件延伸的光阻隔件，在光傳導件設置光通道，在光通道設置與光阻隔件對應的隔斷口，并使得光阻隔件的自由端插入所述隔斷口內(nèi)。

當承載件受外力作用時，根據(jù)受力的不同，彈性件發(fā)生不同程度和形式的變形，使得承載件相對光傳導件產(chǎn)生移動和/或偏轉(zhuǎn)，從而帶動光阻隔件在隔斷口內(nèi)移動和/或偏轉(zhuǎn)來干擾光在光通道中的傳輸。不同受力狀態(tài)下光阻隔件對光在光通道內(nèi)的產(chǎn)生不同的干擾，由此就能夠通過在光通道的出口采集的光信息來確定傳感器的受力情況，并根據(jù)采集的光信息來確定所受力/力矩的大小。具體地，根據(jù)光阻隔件軸向移動對光的干擾，能夠確定傳感器在Z軸上的力Fz；根據(jù)光阻隔件的在Y軸方向上前后偏轉(zhuǎn)對光的干擾，能夠確定傳感器在X軸上力矩Mx，或者根據(jù)光阻隔件的在X軸方向上左右偏轉(zhuǎn)對光的干擾，能夠確定傳感器在X軸上力矩My。