专利名称：一种悬臂梁式二维力传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种测力传感器，具体涉及一种悬臂梁式二维力传感器，属于传感器技术领域。
背景技术：
在上肢康复机器人中，我们需要通过对手柄受到的力进行测量，从而得到患者患肢的实际受力情况。目前已有的康复机器人系统中所采用的多维力传感器大多成本很高， 体积较大，而维数大多为六维和三维。而在现有上肢康复机器人系统中，出于成本和实际康复效果的考虑，它们所具有的运动空间维数以二维和准三维(在运动空间为二维平面的基础上，运动平面可以上下俯仰倾斜，从而达到近似三维运动空间的效果)为主，因此，康复路径主要以平面运动路径为主。因为患者的手只在平面中运动，所以仅需要对二维力进行测量。若使用六维、三维力传感器就产生了维数浪费，而作为较常用的一维力传感器的悬臂梁式力传感器，有着结构简单、成本低、刚度大、可选择量程多等优点，但缺点是单个悬臂梁式力传感器只能测量一维的力。专利200920200382. 7公开了 “一种四向力测量装置”，存在上下挡板与触动部件之间接触造成力的损耗，有测量不精确的问题。专利200510023641. X公开了一种“二维微力测量传感器”，因为其采用较长的弹性悬臂结构，所以存在着容易变形、不够紧凑、量程小的问题。因此，上述的力传感器都存在着不能更好满足上肢康复机器人手柄受力测量的要求。
发明内容有鉴于此，本实用新型提供了一种应用于上肢康复机器人的悬臂梁式二维力传感器，不仅能克服容易变形、量程小、结构不紧凑、测量不精确的问题，而且能够测量二维平面内力的大小和方向。一种悬臂梁式二维力传感器，包括平台、后悬臂梁式力传感器、连接件、前悬臂梁式力传感器、手柄；其中，平台为L型结构，连接件为Z型结构；后悬臂梁式力传感器和前悬臂梁式力传感器均为长方体，且后悬臂梁式力传感器和前悬臂梁式力传感器的侧面上均开有应变孔，并贴有应变片组成全桥电路；平台的竖直面与后悬臂梁式力传感器左侧面的下端连接固定，后悬臂梁式力传感器右侧面的上端与连接件左侧面的上端连接固定，形成自由端；连接件右侧面的下端与前悬臂梁式力传感器的下端连接固定，形成固定端；前悬臂梁式力传感器的上端与手柄连接固定，形成自由端。所述的后悬臂梁式力传感器和前悬臂梁式力传感器处在两条平行的轴线上且它们的敏感受力方向相互垂直。所述的平台给前悬臂梁式力传感器和连接件留有一定的位移空间，同时连接件给前悬臂梁式力传感器和后悬臂梁式力传感器留有一定的形变空间。工作原理当手柄受到二维平面内的力时，根据力的叠加原理，该力可以分解到横向和纵向两个垂直方向轴线上。横向上的分离使得前悬臂梁式力传感器的应变孔发生形变，而后悬臂梁式力传感器不发生形变；纵向上的分力使得前悬臂梁式力传感器保持不变， 而通过刚性的连接件传递到后悬臂梁式力传感器的自由端，从而使其应变孔发生形变。根据电阻应变效应，手柄所受力引起的两个悬臂梁式力传感器应变孔的形变转化成应变片阻值的变化，通过全桥电路进一步转化成电压信号的变化，最终间接地得到力的大小和方向。有益效果本实用新型的测量电路为两个分别由4个应变片组成的全桥电路，所以误差减小，且两个传感器采用立式平行布置，纵向长度减小，结构紧凑。同时刚性的连接件保证了悬臂梁式二维力传感器具有较大的刚度，且连接件结构简单，改造加工成本低，容易实现，适用于上肢康复机器人手柄受力的测量。
图1为本实用新型的结构图。图2为本实用新型的侧视图。其中，1-平台、2-后悬臂梁式力传感器、3-连接件、4-前悬臂梁式力传感器、5-手柄
具体实施方式
以下结合附图并举实施例，对本实用新型进行详细描述。如附图1及附图2所示，本实用新型提供了一种悬臂梁式二维力传感器，包括平台 1、后悬臂梁式力传感器2、连接件3、前悬臂梁式力传感器4、手柄5 ；其中，平台1为L型结构，连接件3为Z型结构；后悬臂梁式力传感器2和前悬臂梁式力传感器4均为长方体，且后悬臂梁式力传感器2和前悬臂梁式力传感器4的侧面上均开有应变孔，并贴有应变片组成全桥电路；平台1的竖直面与后悬臂梁式力传感器2的下端连接固定，后悬臂梁式力传感器 2右侧面的上端与连接件3的左侧面上端连接固定，形成自由端；连接件3右侧面下端与前悬臂梁式力传感器4的下端连接固定，形成固定端；前悬臂梁式力传感器4的上端与手柄5 连接固定，形成自由端。后悬臂梁式力传感器2和前悬臂梁式力传感器4处在两条平行的轴线上且它们的敏感受力方向相互垂直。平台1给前悬臂梁式力传感器4和连接件3留有一定的位移空间，同时连接件3给前悬臂梁式力传感器4和后悬臂梁式力传感器2留有一定的形变空间。工作原理当手柄5受到Y轴线方向上的力时，前悬臂梁式力传感器4直接感测力的大小和方向；当手柄5受到X轴线方向上的力时，由于前悬臂梁式力传感器4只对Y轴线方向上的力敏感，力通过刚性的连接件3直接传递到后悬臂梁式力传感器2的自由端，从而由后悬臂梁式力传感器2感测力的大小和方向。在实际应用中，可以将实际力分解到X轴和 Y轴两个方向上，从而由测得的两个分力计算得到实际力的大小和方向，达到二维力测量的效果。
权利要求1.一种悬臂梁式二维力传感器，其特征在于，包括平台(1)、后悬臂梁式力传感器O)、 连接件(3)、前悬臂梁式力传感器、手柄(5)；其中，平台⑴为L型结构，连接件(3)为 Z型结构；后悬臂梁式力传感器(2)和前悬臂梁式力传感器(4)均为长方体，且后悬臂梁式力传感器( 和前悬臂梁式力传感器(4)的侧面上均开有应变孔，并贴有应变片组成全桥电路；平台(1)的竖直面与后悬臂梁式力传感器( 左侧面的下端连接固定，后悬臂梁式力传感器( 右侧面的上端与连接件C3)左侧面的上端连接固定，形成自由端；连接件(3)右侧面的下端与前悬臂梁式力传感器的下端连接固定，形成固定端；前悬臂梁式力传感器⑷的上端与手柄(5)连接固定，形成自由端。
2.如权利要求1所述的一种悬臂梁式二维力传感器，其特征在于，所述的后悬臂梁式力传感器( 和前悬臂梁式力传感器(4)处在两条平行的轴线上且它们的敏感受力方向相互垂直。
3.如权利要求1所述的一种悬臂梁式二维力传感器，其特征在于，所述的平台(1)给前悬臂梁式力传感器(4)和连接件(3)留有位移空间，同时连接件(3)给前悬臂梁式力传感器(4)和后悬臂梁式力传感器O)留有形变空间。
专利摘要本实用新型涉及一种悬臂梁式二维力传感器，属于传感器技术领域。它包括平台、后悬臂梁式力传感器、连接件、前悬臂梁式力传感器、手柄；其中平台为L型结构，连接件为Z型结构；后悬臂梁式力传感器和前悬臂梁式力传感器均为长方体，且后悬臂梁式力传感器和前悬臂梁式力传感器的侧面上均开有应变孔，并贴有应变片组成全桥电路；平台的竖直面与后悬臂梁式力传感器左侧面的下端连接固定，后悬臂梁式力传感器右侧面的上端与连接件左侧面的上端连接固定，形成自由端；连接件右侧面的下端与前悬臂梁式力传感器的下端连接固定，形成固定端；前悬臂梁式力传感器的上端与手柄连接固定，形成自由端。本实用新型纵向长度小，结构紧凑，容易实现力的测量。
文档编号G01L1/18GK202281665SQ20112042089
公开日2012年6月20日 申请日期2011年10月29日 优先权日2011年10月29日
发明者姜乃夫, 张济显, 戴亚平, 毛堃, 金英 申请人:北京理工大学