一种高精度多轴力传感器保护装置的制作方法

本发明涉及传感器技术领域，具体地说，涉及一种利用磁力吸附保护高精度多轴力传感器的装置。

背景技术：

高精度多轴力传感器因其具有测量精度高，并且可以感知空间中力的信息，因此广泛应用于智能机器人，实时控制，航天航空制造等多个领域，在科技发展和工业生产中起到重要的作用。由于多轴力传感器精度极高，这种力传感器价格较为昂贵，但是这种多轴力传感器量程较小，极易遭到过载破坏，造成巨大损失。为了测量外界力的变化情况，传统的力传感器一般与接受外界力的装置固连在一起，因此力传感器极易在实验过程中因突发情况，或者操作不当失误遭到损坏。

发明专利cn201680000436.8公开了“一种六维力传感器保护装置”，该保护装置包括第一法兰、第二法兰和保护销，第一法兰和第二法兰的其中一个设有多个安装孔，第一法兰和第二法兰的另一个设有与安装孔配合的通孔，保护销与安装孔过盈配合，且与通孔间隙配合，保护销位于通孔和安装孔中，使第一法兰和第二法兰围出容纳六维力传感器的腔室。该保护装置虽然起到了对六维力传感器的保护作用，但其结构相对复杂，并且需要及时更换被破坏的保护销，相应地增加了维护成本。

技术实现要素：

为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种高精度多轴力传感器保护装置；该传感器保护装置将受力部件与多轴力传感器分开，并通过磁力链接，当外界力超过多轴力传感器量程时，两部分自动分离，实现对高精度多轴力传感器的保护。该保护装置结构简单且没有易损部件，维护成本低；并且根据磁力大小的不同可以改变过载保护的阈值，灵活性高。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括传感器、法兰盘、握把、磁铁块和试验设备，其特征在于所述传感器与试验设备固连；所述传感器上部沿周向均布有螺孔；

所述法兰盘位于传感器上端部，法兰盘的中间设有圆锥台形凹槽，法兰盘周向边缘均布有通孔，用于与传感器上沿周向均布的螺孔配合，所述传感器与法兰盘通过螺栓、螺母固连；

所述握把为圆柱和圆盘组成的一体结构，圆柱下端部的圆盘底面为带有锥度的凸台，且凸台形状尺寸与法兰盘的凹槽尺寸相配合，握把底部圆盘的直径为上部圆柱直径的5～6倍，圆盘底部加工精铣；

所述磁铁块为长方形薄片结构，多块磁铁块吸附于握把圆盘上，通过磁力实现握把与法兰盘的链接。

所述法兰盘中间圆锥台形凹槽的锥度为5～10°，且对凹槽锥面磨削抛光。

所述磁铁块沿握把上圆盘周向均布至少为三块。

所述握把采用铁磁材料加工，所述磁铁块采用铁氧体磁铁材料制成。

有益效果

本发明提出的一种高精度多轴力传感器保护装置，由传感器、法兰盘、握把、磁铁块和试验设备组成；其中传感器与法兰盘固连，磁铁块吸附于握把底部圆盘上，握把与法兰盘通过磁铁块磁力相连接。当外界力超过传感器所设量程时，磁铁块提供的磁力不能保持握把与法兰盘的链接，握把与传感器分离，传感器不受外力作用，实现对传感器的过载保护。法兰盘具有锥度凹槽结构且与握把的锥度凸台结构的设置配合，既可有效地实现力与力矩传递，又易实现握把与法兰盘的脱离。保护装置结构简单，没有易损部件，维护成本低；且根据磁力大小的不同可改变过载保护的阈值，灵活性较强，可广泛应用于各种力传感器的保护设计中。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明一种高精度多轴力传感器保护装置作进一步详细说明。

图1为本发明力传感器保护装置轴测图。

图2为本发明力传感器保护装置俯视图。

图3为本发明力传感器保护装置实现过载保护分离状态轴测图。

图4为本发明力传感器保护装置的握把示意图。

图5为本发明力传感器保护装置应用于试验设备示意图。

图中

1.传感器2.法兰盘3.握把4.磁铁块5.试验设备

具体实施方式

本实施例是一种高精度多轴力传感器保护装置。

参阅图1～图5，本实施例高精度多轴力传感器保护装置，由传感器1、法兰盘2、握把3和磁铁块4组成；其中，传感器1与试验设备5固定连接。传感器1上沿周向均布有螺孔。法兰盘安装在传感器1上端部，法兰盘2的中间加工有圆锥台形凹槽，法兰盘中间圆锥台形凹槽的锥度为5～10°，同时法兰盘凹槽半径应相应较大，并且锥面加工进行磨削，保证工作面有较小的表面粗糙度，减小脱离时的阻力。圆锥台形凹槽周向边缘均布有通孔，用于与传感器1上沿周向均布的螺孔配合，传感器1与法兰盘2通过螺栓、螺母固定连接。

本实施例中，握把3为圆柱和圆盘加工的一体结构，其中圆柱下端部的圆盘有锥度的凸台，且凸台尺寸与法兰盘2凹槽尺寸相配合，握把3上底部圆盘直径为上部圆柱直径的5～6倍，圆盘底部加工精铣，提高表面质量，使握把与法兰盘接触更为均匀，以便均匀传递力矩，提高测量精度。磁铁块4为长方形薄片结构，多块磁铁块4吸附于握把圆盘的上面，通过磁力实现握把3与法兰盘2的链接。

本实施例中，磁铁块4沿握把3上底部圆盘周向均布至少为三块。握把3采用铁磁材料加工，磁铁块4选用铁氧体磁铁材料制成，并且做成薄小的长方形磁铁片，通过增加磁铁块的数量，以及调整磁铁块的分布位置调整磁力，通过实验的方法确定最终的磁铁数量以及分布位置，以保证握把与法兰盘之间既可以有稳定的链接，也可以及时起到保护作用。传感器1处于正常工作时，由于外界力没有超过过载保护的阈值，握把3与法兰盘2通过磁力连接在一起，同时由于法兰盘2与传感器1固定连接在一起，通过法兰盘2上中间加工的圆锥台形凹槽结构、握把3上凸台结构以及握把与法兰盘之间的摩擦力，将握把3所受力和力矩传递给传感器1，实现传感器的的正常工作。

当施加的外力超过过载保护的阈值时，磁铁块4提供的磁力以及摩擦力不足以保证握把与法兰盘的链接，握把与法兰盘脱离分开，此时，传感器将不受外力作用，实现对传感器的保护。通过调整磁铁块4在握把圆盘结构上的位置和磁铁块4的数量，可以调整过载保护的阈值。增加磁铁块4的数量，或者将磁铁块向握把圆盘结构外放置，可增加过载保护的阈值，反之，减少磁铁块4的数量，或者将磁铁块4向握把圆盘结构外内放置，则可减小过载保护的阈值。通过调整过载保护的阈值，实现大小不同的外力过载保护。

在人机交互验证试验中常会用于该类型传感器1，实验时将传感器1与试验设备5通过螺栓固定连接，操作人员通过握把3将力施加到试验设备5中，驱动试验设备5运动。当操作人员所施加的力没有超过传感器1工作极限时，握把3与法兰盘2通过磁铁块4吸和链接在一起，并将外力传给传感器1以及试验设备5中，实现对试验设备5的驱动。当所施加外力超过所测力时，磁铁块4所提供的磁力不足以保证握把3与法兰盘2的正常连接，使得握把3与法兰盘2自动分开，外力无法通过握把3传递到传感器1中，从而实现对传感器1的保护。实验时，对于在不同的实验条件下，传感器1的使用要求不同，可通过加减磁铁块4的方式调整握把3与法兰盘2之间的吸引力，从而实现对传感器1保护范围的调节。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种高精度多轴力传感器保护装置，由传感器、法兰盘、握把、磁铁块和试验设备组成；其中，传感器与法兰盘通过螺栓、螺母固连，磁铁块吸附于握把底部圆盘上，握把与法兰盘通过磁铁块磁力相连接。当外界力超过传感器规定量程时，磁铁块提供磁力不能保持握把与法兰盘的链接，握把与传感器分离，传感器不受外力作用，实现对传感器的过载保护。法兰盘具有锥度凹槽结构且与握把设有的锥度凸台结构的设计配合，既可有效实现力与力矩传递，又易实现握把与法兰盘的脱离。保护装置结构简单，没有易损部件，维护成本低；且根据磁力大小的不同可改变过载保护的阈值，灵活性较强，可广泛应用于各种力传感器的保护设计中。

技术研发人员：王鸿博;王宇帅
受保护的技术使用者：西北工业大学
技术研发日：2018.09.25
技术公布日：2019.02.26