一种二维力检测装置的制作方法

本实用新型涉及力的检测技术领域，特别是涉及一种二维力检测装置。

背景技术：

残疾人康复训练时，需要使用一个能够测量人体某个关节或身体某个部位在做康复运动时所用力的大小的装置，上述装置需要同时具备测量两个甚至多个方向上力的大小的功能，且不能够影响人体在力的方向上的运动，然而，现有的二维力或多维力检测装置虽然能够检测出机械设备中各个方向力的大小，但是，现有的二维力和多维力检测装置阻碍了人体在力的方向上的运动，因此并不能够用于检测康复训练时残疾人所用力的大小。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种二维力检测装置，以解决上述现有技术存在的问题，本实用新型能够同时检测运动体在两个方向上的作用力的大小且不会阻碍运动体的运动。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

本实用新型提供一种二维力检测装置，包括：水平力检测模块和垂直力检测模块，所述水平力检测模块包括两个压力传感器、导轨滑块机构、两个弹性元件和第一套筒，两个所述压力传感器分别固定设置于所述第一套筒内的两端，所述导轨滑块机构固定设置于所述第一套筒内且位于两个所述压力传感器之间，所述导轨滑块机构的滑块沿所述第一套筒的长度方向双向滑动，两个所述弹性元件分别设置于所述导轨滑块机构的滑块和两个所述压力传感器之间，所述弹性元件的两端分别与所述滑块和所述压力传感器接触，所述弹性元件处于受力压缩状态，所述第一套筒的中部设有一开口，外界的运动体通过所述开口与所述滑块连接，且所述运动体能够带动所述滑块双向滑动；

所述垂直力检测模块包括扭矩传感器和第二套筒，所述扭矩传感器固定于所述第二套筒的内壁上且所述扭矩传感器的扭转轴伸出于所述第二套筒的端部，所述第一套筒垂直于所述第二套筒，所述水平力检测模块的一端固定连接于所述扭转轴的伸出部分。

优选的，还包括一连接件，所述水平力检测模块通过所述连接件与所述扭转轴的伸出部分间接固定连接。

优选的，所述导轨滑块机构包括一滚珠花键母和一滚珠花键轴，所述滚珠花键轴的两端分别固定于所述第一套筒的两端，所述滚珠花键母滑动套设于所述滚珠花键轴上，且不受外力时，所述滚珠花键母滑动方向上的中心即为所述第一套筒的中心。

优选的，还包括力连接法兰，所述力连接法兰固定于所述滑块上，所述力连接法兰穿过所述开口并伸出于所述第一套筒外，所述力连接法兰伸出于所述第一套筒外的部分用于与外界运动体连接。

优选的，还包括一固定法兰，所述固定法兰固定设置于所述第二套筒上，所述固定法兰用于将所述二维力检测装置固定于支撑结构上。

优选的，还包括若干个封线马鞍扣，所述水平力检测模块中的线路通过所述封线马鞍扣封装于所述第一套筒的内壁上，所述垂直力检测模块中的线路通过所述封线马鞍扣封装于所述第二套筒的内壁上。

优选的，所述弹性元件包括一弹簧，所述导轨滑块包括导轨和滑块，所述滑块滑动连接于所述导轨上，两个所述弹簧分别套设于所述滑块两侧的所述导轨上，所述弹簧处于压缩状态。

优选的，包括两个所述水平力检测模块和两个所述垂直力检测模块，两个所述第二套筒同轴且未设置所述扭矩传感器的一端固定连接，两个所述水平力检测模块的一端分别垂直并固定连接于两个所述扭转轴的伸出部分。

本实用新型相对于现有技术取得了以下技术效果：

本实用新型提供一种二维力检测装置，两个弹性元件分别设置于导轨滑块机构的滑块和两个压力传感器之间，弹性元件的两端分别与滑块和压力传感器接触，设置弹性元件是为了在检测水平力的同时，在运动体的运动方向上提供一定的运动自由度，因此不会阻碍运动体在运动方向上的运动，并通过弹性元件减小运动方向上的刚性，弹性元件处于受力压缩状态，保证压力传感器上有个初始的响应值，第一套筒的中部设有一开口，外界的运动体通过开口与滑块连接，且运动体能够带动滑块双向滑动，因此在运动体有水平方向的运动时，运动体能够带动滑块沿导轨滑动，随后滑块给予弹性元件压力，弹性元件将压力传递给压力传感器，压力传感器测出的力减去初始的响应值即相当于滑块所受的水平力；扭矩传感器固定于第二套筒的内壁上且扭矩传感器的扭转轴伸出于第二套筒的端部，第一套筒垂直于第二套筒，水平力检测模块的一端固定连接于扭转轴的伸出部分，当运动体存在竖直方向的运动时，运动体会带动水平力检测模块绕扭转轴的伸出部分转动，将竖直力转化为扭矩，因此，滑块所受竖直力则为扭矩传感器所测出的扭矩除以力臂，因此，本实用新型达到了同时检测运动体在两个方向上的作用力的大小且不会阻碍运动体的运动的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的二维力检测装置的整体结构示意图；

图2为图1二维力检测装置中的水平力检测模块的结构示意图；

图3为图2的a-a向剖视图；

图4为图1二维力检测装置中的垂直力检测模块和连接件的结构示意图；

图5为图4的b-b向剖视图；

图中：1-水平力检测模块、2-垂直力检测模块、3-连接件、4-第一套筒、5-封线马鞍扣、6-力连接法兰、7-压力传感器、8-导轨、9-弹簧、10-滑块、11-第二套筒、12-扭矩传感器。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的目的是提供一种二维力检测装置，以解决现有技术存在的问题，本实用新型能够同时检测运动体在两个方向上的作用力的大小且不会阻碍运动体的运动。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

本实用新型提供一种二维力检测装置，如图1～5所示，包括：水平力检测模块1和垂直力检测模块2，水平力检测模块1包括两个压力传感器7、导轨滑块机构、两个弹性元件和第一套筒4，两个压力传感器7分别固定设置于第一套筒4内的两端，导轨滑块机构固定设置于第一套筒4内且位于两个压力传感器7之间，导轨滑块机构的滑块沿第一套筒4的长度方向双向滑动，两个弹性元件分别设置于导轨滑块机构的滑块10和两个压力传感器7之间，弹性元件的两端分别与滑块10和压力传感器7接触，设置弹性元件是为了在检测水平力的同时，在运动体的运动方向上提供一定的运动自由度，因此不会阻碍运动体在运动方向上的运动，并通过弹性元件减小运动方向上的刚性，弹性元件处于受力压缩状态，保证压力传感器7上有个初始的响应值，第一套筒4的中部设有一开口，外界的运动体通过开口与滑块10连接，且运动体能够带动滑块10双向滑动，因此在运动体有水平方向的运动时，运动体能够带动滑块10沿导轨8滑动，随后滑块10给予弹性元件压力，弹性元件将压力传递给压力传感器7，压力传感器7测出的力减去初始的响应值即相当于滑块10所受的水平力；

垂直力检测模块2包括扭矩传感器12和第二套筒11，扭矩传感器12固定于第二套筒11的内壁上且扭矩传感器12的扭转轴伸出于第二套筒11的端部，第一套筒4垂直于第二套筒11，水平力检测模块1的一端固定连接于扭转轴的伸出部分，当运动体存在竖直方向的运动时，运动体会带动水平力检测模块1绕扭转轴的伸出部分转动，将竖直力转化为扭矩，因此，滑块10所受竖直力则为扭矩传感器12所测出的扭矩除以力臂，因此，本实用新型达到了同时检测运动体在两个方向上的作用力的大小且不会阻碍运动体的运动的效果。

进一步的，还包括一连接件3，水平力检测模块1通过连接件3与扭转轴的伸出部分间接固定连接，如图1和图4所示，连接件3的两端采用不同的结构与扭转轴和水平力检测模块1连接，无需改变水平力检测模块1固有的结构即可将水平力检测模块1间接固定于扭转轴上。

进一步的，导轨滑块机构包括一滚珠花键母和一滚珠花键轴，滚珠花键轴的两端分别固定于第一套筒4的两端，滚珠花键母滑动套设于滚珠花键轴上，滚珠花键母和滚珠花键轴采用成套的标准件，无需自行设计和制造，只需选取合适的规格即可，且其性能稳定，且不受外力时，滚珠花键母滑动方向上的中心即为第一套筒4的中心，保证两端的压力传感器7的初始的响应值相同。

进一步的，还包括力连接法兰6，力连接法兰6固定于滑块10上，力连接法兰6穿过开口并伸出于第一套筒4外，便于将运动体的相应的结构连接于水平力检测模块1上进行水平力的检测，力连接法兰6用于与外界运动体连接。

进一步的，还包括一固定法兰，固定法兰固定设置于第二套筒11上，固定法兰用于将二维力检测装置固定于支撑结构上。

进一步的，还包括若干个封线马鞍扣5，水平力检测模块1中的线路通过封线马鞍扣5封装于第一套筒4的内壁上，垂直力检测模块2中的线路通过封线马鞍扣5封装于第二套筒11的内壁上，设置封线马鞍扣5既能够保护信号线不受外部机构的破坏又能方便信号线的检查与拆装。

进一步的，弹性元件包括一弹簧9，导轨滑块包括导轨8和滑块10，滑块10滑动连接于导轨8上，两个弹簧9能够分别套设于滑块10两侧的导轨8上，无需专门的固定弹簧9的装置，且弹簧9成本低、性能优良，弹簧9处于压缩状态。

进一步的，包括两个水平力检测模块1和两个垂直力检测模块2，两个第二套筒11同轴且未设置扭矩传感器12的一端固定连接，两个水平力检测模块1的一端分别垂直并固定连接于两个扭转轴的伸出部分，本新型主要应用于测量辅助残疾人康复的机器人各部分上力的大小，尤其是人体的胯部的两侧和各肘部，因此需要同时设置两个测量机构，且一般对称设置。

本实用新型中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。