一种内嵌抗耦Stewart六维力传感器支路结构的制作方法

本

技术实现要素：
属于电子感测衡器技术领域，涉及一种抗耦性强、测量误差小的内嵌抗耦Stewart六维力传感器支路结构。

背景技术：

基于Stewart机构的六维力传感器是一种综合性能优越的测力传感器，具有测力接触面大、承载能力强、量程大、机构灵活等诸多优点，迄今已被广泛应用在航空航天机器人及宇宙空间器的对接试验、风洞试验等场合。但对Stewart机构而言，由于维间耦合的存在，目前本领域内的基于Stewart结构的六维力传感器普遍存在抗耦合性能差的问题。若对实际的支路传感器能等效成纯二力杆，即传感器支路只受拉压方向力的作用，则传感器的测量精度较高，一但有耦合力进入该支路传感器，便会使支路传感器的综合性能会大大降低。因此，能否有效消除维间耦合力，直接影响着Stewart结构的六维力传感器的综合性能。

实用新型内容

本实用新型的目的在于对现有Stewart机构存在的维间耦合力差的问题加以解决，提供一种抗耦性强、综合精度高的新型内嵌抗耦Stewart六维力传感器支路结构。

为实现上述发明目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种内嵌抗耦Stewart六维力传感器支路结构，由自上而下依次同轴连接上铰座、去耦组件、上连接件、标准传感器组件、下连接件和下铰座组成，所述的去耦组件为一关节轴承，所述标准传感器组件具有一个带接插件的采用椭圆型内嵌十字梁结构的敏感弹性体，在敏感弹性体下侧表面装配有与接插件连接的电路板，在敏感弹性体上侧表面对称粘贴有四个由应变电阻R1、R2、R3、R4构成的敏感应变片，各敏感应变片通过焊接方式与电路板构成一组惠斯通电桥。

上述内嵌抗耦Stewart六维力传感器支路结构中，上铰座与去耦组件之间、去耦组件与上连接件之间、上连接件与传感器组件之间、传感器组件与下连接件之间以及下连接件与下铰座之间的连接方式皆为螺纹配合。

上述内嵌抗耦Stewart六维力传感器支路结构中，构成去耦组件的关节轴承可沿支路中心轴自由转动。

上述内嵌抗耦Stewart六维力传感器支路结构中，标准传感器组件中敏感弹性体的十字梁结构的端面法线与支路方向垂直。

上述内嵌抗耦Stewart六维力传感器支路结构中，在敏感弹性体上侧表面粘贴的四个敏感应变片依次相连组成一组惠斯通电桥，并处于弹性体的最大形变区，敏感应变片中心位置所在半径与十字梁结构的椭圆半径之比为0.8～0.85:1。

与现有技术相比，本实用新型具有的优点和技术效果如下所述。

一、本实用新型在六维力传感器中采用强抗弯/扭性能的椭圆内嵌十字梁结构弹性体，其主测方向延梁臂方向，当受外力作用时，六维力传感器的环体受拉向或压向变形，且相邻桥臂变形位移相反；同时，由于耦合力存在，环体还要受到弯曲变形，此时在十字梁梁臂根部会产生弯曲和拉(压)两类变形，其中拉(压)应变可通过全桥接线测量，环体上的弯曲应变具有对称性，可通过全桥接线相互抵消。因此，输出信号仅由梁臂的拉(压)变形决定，且梁臂厚度易于更改，结构形式灵活多变，所以椭圆内嵌十字梁结构具备板环结构线性好、输出灵敏度大、工作区应变稳定、抗弯/扭耦合性好等优点，可充分释放支路上耦合力对弹性体工作区带来的干扰。

二、敏感应变片中心位置所在半径与椭圆半径比为0.8～0.85:1(椭圆长轴、短轴上比例相同)，该处位置应变均匀、且拉(压)变形平均应力最大，输出灵敏度高，故由本实用新型支路结构组成的Stewart六维力传感器的弹性体应力分布更为均匀，输出更为稳定，具有抗弯屈刚度高、抗耦合能力强、传感器的综合精度更高的优点。

经本实用新型设计者实验检测，本实用新型与公知Stewart结构六维力传感器支路做对比，其综合精度有明显提高。具体参数如下：单路加载精度≤0.8％F.S.；复合加载精度≤1.2％F.S.。

附图说明

图1是本实用新型一个具体实施例的结构示意图。图中标号1为上铰座，2为去耦组件，3为上连接件，4为标准传感器组件，5为下连接件，6为下铰座。

图2是标准传感器组件表面设置结构的示意图。图中标号4a为敏感弹性体，4b为敏感应变片(R1、R2、R3、R4)。

图3是标准传感器组件的电路结构示意图。图中标号4c为电路板，4d为接插件，4e为导线。

具体实施方式

以下将结合附图对本实用新型内容做进一步说明，但本实用新型的实际制作结构并不仅限于下述的实施例。

本实用新型所述内嵌抗耦Stewart六维力传感器支路结构如图1所示，它由自上而下依次同轴连接配合的上铰座1、去耦组件2、上连接件3、标准传感器组件4、下连接件5和下铰座6组成。其中，标准传感器组件4的两端分别与上、下连接件3、5螺纹套穿连接，下连接件5直接与下铰座6螺纹相连，上连接件3与去耦组件2下端螺纹连接，上铰座1与去耦组件2另一端螺纹连接，下铰座6上端开有螺纹孔与下连接件5相连，上铰座1的下端开有螺纹孔与去耦组件2上端相连。

本实用新型中标准传感器组件4的结构如图2和图3所示，标准传感器组件4由一个接插件4d和一个椭圆型内嵌十字梁结构的敏感弹性体4a共同构成，其中敏感弹性体4a的十字梁结构的端面法线与支路方向垂直；电路板4c装配在十字梁结构的敏感弹性体4a下侧表面，四个由应变电阻R1、R2、R3、R4构成的敏感应变片4b对称粘贴于十字梁结构的敏感弹性体4a上侧表面，各敏感应变片4b通过焊接方式与电路板4c构成一组惠斯通电桥，惠斯通电桥处于弹性体4a的最大形变区，敏感应变片4b中心位置所在半径与十字梁结构的椭圆半径之比为0.85:1。

本实用新型中去耦组件2为一个可沿支路中心轴自由转动关节轴承。

本实用新型产品的制作步骤为：

1、将已加工处理的弹性体4a工作表面进行清洗、打磨、划线、刷胶等工艺步骤后将敏感应变片4b粘贴于处理表面，然后在电路板4c上利用导线4e将四个敏感应变片4b(电阻R1、R2、R3、R4)组成惠斯通桥路，再与接插件4d完成连接。

2、使标准传感器组件4位于完整支路传感器组件的中间，两端分别与上、下连接件3、5相连；然后将下连接件5与下铰座6相连，继而上连接件3先与去耦组件2相连再连接上铰座1，完成完整支路传感器组件的装配；装配中须保证装配后组件的同轴度在一定的误差范围内。