一种装配式平面三维力/力矩传感器

1.本发明属于力/力矩传感器领域，尤其涉及一种装配式平面三维力/力矩传感器。


背景技术：

2.三维力/力矩传感器可实时测量三个方向的力/力矩分量信息，是一类重要的传感器，广泛用于工业和医疗机器人、航空航天、汽车等测试领域。现有的多维力/力矩传感器大多集中于感知全维力分量信息的六维力传感器，而在一些特定场合，需要感知的力/力矩信息维度通常低于六维，当六维力传感器用于低维力/力矩感知时，将造成功能和测量通道冗余。市面上的多维力传感器多为一体式结构，加工难度大，使用成本不易控制。单维力传感器经过测力平台和固定平台装配后，可以达到测量多维的效果，并且使用成本相较于一体式结构具有显著优势。
3.三维力/力矩传感器是低维力传感器应用较多的一种类型。比如中国专利cn216349288u提供一种拆装十分简单方便,不仅可以横向固定，还可以纵向固定，灵活性强的三维力传感器。中国专利cn108225622a提供了一种灵敏度高、维间耦合小的四个方梁十字正交的三维力传感器。中国专利cn114112158a提供了一种约束并联式三维力/力矩传感器。上述传感器虽可以有效检测三维力/力矩载荷，但是在期望的平面三维力/力矩检测上达不到要求，且无法兼顾拆装和使用成本问题。


技术实现要素：

4.为解决上述问题，本专利提出了一种装配式平面三维力/力矩传感器。
5.本发明的技术方案：一种装配式三维力/力矩传感器，包括中间对应的测力平台、外部对应的固定平台和两者之间的四个力测量支链，具体结构是：
6.所述的测力平台中心有大直径通孔，可外接加载帽进行定位安装，并通过测力平台上面对称布置的四个力加载孔进行固定。在测力平台和固定平台之间固结有四个力测量支链，以测力平台轴线为中心沿周向呈正十字布置；所述的力测量支链为双连孔称重传感器，包括两侧的固定端和位于中部的双连孔结构弹性体；
7.双连孔结构弹性体由两个矩形梁和一个双连孔段串联组成，双连孔段由两条rtr支链并联组成，每条rtr支链又由两个非对称椭圆弧转动梁和一个矩形梁串联组成；
8.该传感器所有构件之间为一体式加工成型结构。
9.优选的，所述的固定平台和测力平台加工高度相同；测力平台的加工宽度较小，以实现两者同轴线内外嵌套放置。
10.优选的，所述的四个力测量支链均为型号和量程相同的称重传感器。
11.优选的，所述的测力平台外侧四周分别设有八个测量支链固定台，其上均有呈上下设计的两个测量支链安装孔，与力测量支链固定孔一一对应。
12.优选的，所述的固定平台上侧有对称布置的八个固定通孔。
13.优选的，所述的固定平台内侧四周有个四个凹台，其上均有四个测量支链安装孔，
位置与力测量支链固定孔一一对应。
14.优选的，所述的固定平台的凹台两侧设有两个矩形通孔，矩形通孔将浮动梁分为内浮动梁和外浮动梁，宽度相同。
15.本发明的有益技术效果是：(1)通过装配式的组装设计，避免了一体式多维力传感器加工难度大和使用成本高的问题；(2)通过改变力测量支链的型号，可以改变传感器的量程和灵敏度，使用范围更加广泛；(3)通过对测量支链的对称布置，方便感知力和力矩信息；(4)力测量支链均为型号相同的力传感器，互换性好，便于后期使用过程的更换和维护。(5)所有构件的一体式成型结构，可以确保传感器具有较高的线性度和测量精度。
附图说明
16.图1是实施例的一种装配式平面三维力/力矩传感器轴测图；
17.图2是图1中测力平台的俯视图；
18.图3是图1中测力平台的主视图；
19.图4是图1中力测量支链的俯视图；
20.图5是图1中力测量支链的主视图；
21.图6是图1中固定平台的俯视图；
22.图7是图6的固定平台的a-a旋转剖视图；
23.图中:1.测力平台、2.力测量支链、3.固定平台、4.力加载孔、5.测量支链固定台、6.加载帽安装孔、7.测量支链安装孔、8.测量支链固定端、9.双连孔弹性体、10.测量支链固定孔、11.固定孔、12.凹台、13.浮动梁、131.外浮动梁、132.内浮动梁。
具体实施方式
24.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行描述。
25.实施例：参见图1至图7，图中是一种装配式平面式三维力/力矩传感器，包括外部内部的测力平台1、中间的四条力测量支链2和外部的固定平台3、，其结构是：
26.所述的测力平台1中心有加载帽安装孔6，可定位安装外接加载帽，并通过测力平台1上面对称布置的四个力加载孔4固定。在测量支链固定台5和凹台12之间有四个力测量支链2，以测力平台1轴线为中心沿周向呈正十字布置，测量支链安装孔7与测量支链固定孔10使用螺栓连接。通过改变力测量支链2的型号，可以改变传感器的量程和测量灵敏度。固定平台3上布置的八个固定孔11与外部实体连接，可保证传感器整体工作时处于稳定状态。
27.力测量支链2为双连孔称重传感器，该结构具有很强抗偏载能力，通过测量双连孔弹性体9上全桥电路输出的电信号，经计算得到外部载荷。力测量支链2的对称布置，可方便力和力矩输出信号的解算。该传感器所有构件之间为一体成型结构，可以确保传感器具有较高的线性度和测量精度。
28.所述的固定平台3和测力平台1加工高度相同；测力平台1的加工宽度较小，以实现两者同轴线内外嵌套放置，且两者之间的距离四周保持一致，以保证测量支链的安装。
29.所述的四个力测量支链2均为型号和量程相同的称重传感器，方便后期使用和维护。
30.所述的测力平台1外侧四周分别设有八个测量支链固定台5，其上均有呈上下设计
的两个测量支链安装孔7，与力测量支链固定孔10一一对应。
31.所述的固定平台3上侧有对称布置的八个固定通孔11，通过螺栓连接外部实体，达到传感器的目的，使传感器工作时处于稳定状态。
32.所述的固定平台3内侧四周有四个凹台12，其上均有四个测量支链安装孔7，位置与力测量支链固定孔10一一对应。
33.所述的固定平台3的凹台两侧设有两个矩形通孔，矩形通孔将浮动梁13分为内浮动梁132和外浮动梁131，宽度相同。通过减材设计，使传感器整体重量减小。
34.该传感器在使用时：当外加载荷作用于测力平台1时，传感器通过检测四个力测量支链2输出的电信号，经计算可以得出加载平面上的二维正交力和一维法向扭矩。
35.以上是针对本发明可行实施例的具体说明，所述实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。


技术特征：
1.一种装配式平面三维力/力矩传感器，包括中间对应的测力平台、外部对应的固定平台和两者之间的四个测量支链，其特征是：所述的测力平台中心有大直径通孔，可外接加载帽进行定位安装，并通过测力平台上面对称布置的四个力加载孔进行固定。在测力平台和固定平台之间固结有四个力测量支链，以测力平台轴线为中心沿周向呈正十字布置；所述的力测量支链为双连孔称重传感器，包括两侧的固定端和位于中部的双连孔结构弹性体；双连孔结构弹性体由两个矩形梁和一个双连孔段串联组成，双连孔段由两条rtr支链并联组成，每条rtr支链又由两个非对称椭圆弧转动梁和一个矩形梁串联组成；该传感器所有构件之间为一体式加工成型结构。2.根据权利要求1所述的装配式平面三维力/力矩传感器，其特征是：所述的固定平台和测力平台加工高度相同；测力平台的加工宽度较小，以实现两者同轴线内外嵌套放置。3.根据权利要求1所述的装配式平面三维力/力矩传感器，其特征是：所述的四个力测量支链均为型号和量程相同的称重传感器。4.根据权利要求1所述的装配式平面三维力/力矩传感器，其特征是：所述的测力平台外侧四周分别设有八个测量支链固定台，其上均有呈上下设计的两个测量支链安装孔，与力测量支链固定孔一一对应。5.根据权利要求1所述的装配式平面三维力/力矩传感器，其特征是：所述的固定平台上侧有对称布置的八个固定通孔。6.根据权利要求1所述的装配式平面三维力/力矩传感器，其特征是：所述的固定平台内侧四周有四个凹台，其上均有四个测量支链安装孔，位置与力测量支链固定孔一一对应。7.根据权利要求1所述的装配式平面三维力/力矩传感器，其特征是：所述的固定平台凹台两侧设有两个矩形通孔，矩形通孔将浮动梁分为内浮动梁和外浮动梁，宽度相同。

技术总结
一种装配式平面三维力/力矩传感器，包括中间对应的测力平台、外部对应的固定平台和两者之间的四个测量支链。所述的测力平台中心有大直径通孔，可外接加载帽进行定位安装，并通过测力平台上面对称布置的四个力加载孔进行固定。在测力平台和固定平台之间固结有四个力测量支链，以测力平台轴线为中心，沿周向呈正十字布置。四个力测量支链通过固定平台和测力平台的装配组合后，可以实现两平一扭的平面三维力/力矩分量测量目的。通过改变测量支链上称重传感器的型号，可以改变传感器的量程和灵敏度，使用范围更加广泛。使用范围更加广泛。使用范围更加广泛。


技术研发人员：李立建 付翀 唐守乾 刘继高 彭晗 李冰 周甲伟 上官林建
受保护的技术使用者：华北水利水电大学
技术研发日：2023.03.23
技术公布日：2023/7/21