专利名称：水下机器人用多轴力传感器压力平衡装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及海洋开发利用中的水下作业型机器人力感知系统的传感器技术，特别是一种多轴力传感器在深海环境下的大压力平衡与密封问题。
背景技术：
作业型机器人正成为人类开拓海洋的重要工具，世界上许多发达国家均已开始研究具有力感知系统的水下机器人。我国的攀登计划、国家自然基金与国家863共同支持在“十五”期间发展深海作业型水下机器人的开发与研制。但当前，深海作业型水下机器人感知系统的关键环节力传感器水压平衡与密封问题均没有得到很好的解决。如AMTI公司的UDMW3力传感器用一个充油液的软外壳来平衡水压；仪器仪表学报(2001，22(4)388～390)刊登的一种新型水下机器人用六维力传感器用补偿膜来平衡水压(认为液压不可压缩)等。这些方法都是针对水压不大的平衡效果较好，却较难平衡深海下的高压力。此外，软外壳与补偿膜容易受损且受水的阻力影响较大，从而限制了力传感器的使用环境与工况，降低了力传感器的可靠性与精确性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是避免上述现有技术中所存在的不足之处，提供一种能有效平衡大、小水压，结构简单轻巧、使用可靠、耐用性好的多轴力传感器压力平衡装置。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是本发明的结构特点是在所述力传感器的承压面上开设有与充满油液的传感器密封腔相贯通的圆柱状通孔，由配合设置在圆柱状通孔内的活塞作为圆柱状通孔的端面承压及密封件。
本发明的结构特点还在于所述活塞为一端敞口的薄壁管状件，其敞口一端朝向传感器密封腔一侧。
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在1、本发明一方面通过活塞的移动来平衡较大水压的变化，具有较大的水压平衡能力；另一方面还可以通过采用具有一定弹性的薄壁管状活塞，利用活塞的变形来平衡较小的水压变化。具有较高的水压平衡灵敏度。
2、本发明通过采用活塞及圆柱状通孔结构，可较大地增强其抗破坏能力，受外界环境的干扰小，保证了力传感器的工作可靠性。
3、本发明的结构形式受水阻力的影响小，使力传感器能够满足机器人各种工况的速度、加速度的需要，保证了力传感器的精确性。
4、本发明中的活塞轻巧、惯性小、对水压变化的响应快。
图面说明附图
为本发明结构示意图。
具体实施例方式参见附图，本实施例是在力传感器的承压面上开设有与充满油液6的传感器密封腔7相贯通的圆柱状通孔1，圆柱状通孔1是直接在传感器上加工而成。由配合设置在圆柱状通孔1内的活塞2作为圆柱状通孔1的端面承压及密封件。
具体实施中，活塞2为一端敞口的薄壁管状件，其敞口一端朝向传感器密封腔7一侧。在这种结构形式中，薄壁管状件活塞2的端面具有膜片的特性。水压的变化不仅引起轴向刚度较小的弹性活塞的轴向尺寸的改变，而且引起活塞较薄的相当于膜片的端面发生变形，使得活塞内部的油压自适应地与外部水压平衡，保证了活塞对水压变化的灵敏性。
此外，本实施例中具体的结构形式还包括活塞2为集密封与防尘结构于一体的整体构件。其中，密封结构是活塞2的波纹状侧壁，防尘结构是位于活塞2的前端外周的防尘圈4，防尘圈4的截面为斜齿状，与圆柱状通孔1形成密封的齿顶向前端倾斜。活塞侧壁5上的波纹使活塞2与圆柱状通孔1在多处形成密封，保证了密封的可靠性。波纹的数量可以根据密封程度以及力传感器的结构尺寸而确定。具体制作应采用耐磨、耐压、耐腐蚀、摩擦阻力小的材质。活塞2与圆柱状通孔1形成移动副。活塞2将圆柱状通孔1分隔为与传感器密封腔7相连通的内部和与传感器所处环境地中的海水相通的外部3。在防尘圈与波纹之间，以及各波纹相互之间形成的密封腔体8内，同样充满与传感器密封腔中相同的油液。在水压的作用下，密封腔体8的体积发生变化，使得密封腔体8内的油压与其外部水压达到平衡，消除了密封处的压差。
权利要求
1.水下机器人用多轴力传感器压力平衡装置，其特征是在所述力传感器的承压面上开设有与充满油液(6)的传感器密封腔(7)相贯通的圆柱状通孔(1)，由配合设置在圆柱状通孔(1)内的活塞(2)作为圆柱状通孔(1)的端面承压及密封件。
2.根据权利要求1所述的水下机器人用多轴力传感器压力平衡装置，其特征是所述活塞(2)为一端敞口的薄壁管状件，其敞口一端朝向传感器密封腔(7)一侧。
3.根据权利要求2所述的水下机器人用多轴力传感器压力平衡装置，其特征是所述活塞(2)为集密封与防尘结构于一体的整体构件，其中，密封结构是活塞(2)的波纹状侧壁，防尘结构是位于活塞(2)的前端外周的防尘圈(4)，防尘圈(4)的截面为斜齿状，与圆柱状通孔(1)形成密封的齿顶向前端倾斜。
4.根据权利要求3所述的水下机器人用多轴力传感器压力平衡装置，其特征是在所述防尘圈(4)与活塞侧壁(5)的波纹之间，以及各波纹相互之间形成的密封腔体(8)内，充满与传感器密封腔中相同的油液。
全文摘要
水下机器人用多轴力传感器压力平衡装置，其特征是在力传感器的承压面上开设有与充满油液的传感器密封腔相贯通的圆柱状通孔，由配合设置在圆柱状通孔内的活塞作为圆柱状通孔的端面承压及密封件。本发明使目前水下机器人用多轴力传感器不能承受深海的大水压问题得以解决，保证了力传感器工作的可靠性和精确性，为深海作业型机器人力感知系统的早日应用提供了关键性的技术保障。
文档编号G01L19/00GK1538155SQ0311325
公开日2004年10月20日 申请日期2003年4月17日 优先权日2003年4月17日
发明者王勇, 刘正士, 陆益民, 葛运建, 何凯, 郑红梅, 王 勇 申请人:合肥工业大学