一种微型丝张力传感器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种微型丝张力传感器，包括壳体、传动组件和感应元件，所述感应元件设置于所述壳体的基座上表面，所述壳体上设有用于支撑所述传动组件的具有弹性性能的柔顺机构，所述传动组件的底部设有用于将传动组件受到的力传递到感应元件的压力台，所述壳体的两侧分别设有进丝槽和出丝槽，所述传动组件的上部设有绕丝凹槽，所述绕丝凹槽的顶部设有用于防止丝脱离的装配槽。本发明微型丝张力传感器体积小、能实时精确测量丝张力，实现为机器人、医疗手术器械等系统提供丝张力实时反馈，提高控制精度。
【专利说明】
一种微型丝张力传感器
技术领域
[0001]本发明涉及一种力传感器，具体的说，是涉及一种适用于需要精确控制丝张力的医疗器械、机器人等系统的微型丝张力传感器。
【背景技术】
[0002]以丝驱动、丝传动为基础的机电系统广泛应用于各种机器人设备，如:机械灵巧手、机械臂、连续型机器人、医疗手术器械等。其特点是具有较好的柔顺性与较高的负载能力，非常适合小空间下运动和力的传递。此外，丝驱动可以实现运动和力的远程传递，有助于减小系统中运动执行构件的体积和重量。但是，相对于刚性杆件而言，丝本身具有较大的弹性，容易产生松弛、变形等问题，并导致回程间隙，降低控制精度。所以需对丝在运动过程中的张力进行有效监控。
[0003]目前已有的丝张力传感器的测量对象通常为起重机、电梯的钢丝绳。此类传感器内部通常采用滑轮组等机械传动装置，导致传感器的体积和重量较大，测量精度不高，无法应用于机器人、医疗手术器械等小行程、高精度的控制系统。在这些精密控制系统中，丝张力目前只能靠预紧力来保证，使用一段时间后容易失效，无法实现实时监控、补偿。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种体积小、能实时精确测量丝张力的微型丝张力传感器，实现为机器人、医疗手术器械等系统提供丝张力实时反馈，提高控制精度。
[0005]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
[0006]—种微型丝张力传感器，包括壳体、传动组件和感应元件，所述感应元件设置于所述壳体的基座上表面，所述壳体上设有用于支撑所述传动组件的具有弹性性能的柔顺机构，所述传动组件的底部设有用于将传动组件受到的力传递到感应元件的压力台，所述壳体的两侧分别设有进丝槽和出丝槽，所述传动组件的上部设有绕丝凹槽，所述绕丝凹槽的顶部设有用于防止丝脱离的装配槽。
[0007]所述绕丝凹槽的宽度大于丝的直径，所述装配槽的直径小于丝的直径。
[0008]所述传动组件上还设有用于限制传动组件摆动的限位块。
[0009]所述进丝槽和出丝槽在同一轴线上。
[0010]与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是:
[0011]1.进丝槽和出丝槽的轴线共线，不改变丝的原有运动方向。
[0012]2.通过传动组件将丝张力转为朝向感应元件的压力，传动组件上安装有限位块，防止传动组件运动过程中的前后摆动从而干扰或损坏柔顺机构，提高了柔顺机构的运动稳定性。
[0013]3.柔顺机构利用弹性结构原理，连接传动组件和壳体的基座，由于柔顺机构其本身带有弹性，可以在完全卸载力后使传动组件回到初始位置，解决了丝张力卸载后电压不回零的问题。
[0014]4.绕丝凹槽的宽度略大于丝的直径，把丝限制在槽内运动，保证了丝的施力方向；在绕丝槽的顶端有装配槽，其宽度略小于丝的直径，一方面可以通过预挤压力装入丝，另一方面防止装入的丝在运动中脱离绕丝凹槽，保证测量的可靠性。
[0015]5.本发明传感器体积小、结构简单、实用可靠的特征，可用于医疗器械、机器人等系统中丝驱动或丝传动装置的张力的测量和控制。
【附图说明】
[0016]图1是本发明的结构示意图。
[0017]图2是本发明传动组件的部分俯视结构示意图。
[0018]图3是本发明传动组件的部分前视结构示意图。
[0019]附图标记:1_壳体2-传动组件3-感应元件4-柔顺机构5-压力台6_进丝槽7-出丝槽8-限位块9-绕丝凹槽I O-装配槽
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图对本发明作进一步的描述:
[0021]如图1至图3所示，一种微型丝张力传感器，包括壳体1、传动组件2和感应元件3，丝在收到拉力后会带动传动组件2的移动，传动组件2上的压力台会把其受到的力传送到感应元件3上，感应元件3为力敏电阻，其阻值随着力的增大而减小。力敏电阻接在一个分压测量电路中，输出值为电压。电压对应了力敏电阻的阻值，力敏电阻对应了传动组件2受到的压力，而传动组件2受到的压力对应了丝的张力(即丝所受的拉力)，从而通过对输出电压的测量反映出丝张力的大小。
[0022]在壳体I上两侧各设有一个限制走丝方向的槽，即进丝槽6和出丝槽7，进丝槽6和出丝槽7的轴线共线，不改变丝的原有运动方向。在传感器内部通过传动组件2将丝张力转为朝向感应元件3的压力，为了防止传动组件2运动过程中的前后摆，而干扰或损坏柔顺机构4，通过限位块8实现其摆动约束。绕丝凹槽9设置在传动组件的上部，其宽度略大于丝的直径，把丝限制在槽内运动，保证了丝的施力方向。在绕丝凹槽9的顶端有装配槽10，其宽度略小于丝的直径，一方面可以通过预挤压力装入丝，另一方面防止装入的丝在运动中脱离绕丝凹槽，保证测量的可靠性。
[0023]感应元件3设置于壳体I下部的基座上表面，壳体I上设有柔顺机构4，当丝张力撤除时，因为丝和壳体I之间存在摩擦力，这部分摩擦力会导致传动组件2对感应元件3留有微小的残余压力导致测量完成后传感器不能回零。利用柔顺机构4的弹性结构原理，柔顺机构4连接传动组件和壳体基座，由于柔顺机构其本身带有弹性，可以在完全卸载力后使传动组件回到初始位置，解决了丝张力卸载后电压不回零的问题。压力台5固定在柔顺机构4上，位于传动组件底部，用来把传动组件2受到的力传给感应元件3，感应元件3为力敏电阻，把压力的变化转换成电阻的变化并在经测量电路转换成电压的变化。
[0024]本实施例中微型丝张力传感器整体为3D打印件，材料为光敏树脂。安装传感器时，其壳体可以从侧面打开装入待测丝而不需要将丝从原有驱动/传动装置中拆除。
[0025]当待测的丝受到的拉力(张力)发生变化时，会将受到的拉力传递给传动组件2，传动组件2通过柔顺机构4将丝的拉力转化为对压力台5的压力。压力台5将受到的压力传递给感应元件3。感应元件3为力敏电阻，其阻值随着压力的增大而减小。力敏电阻接在一个分压测量电路中，测量输出电压值从而反映出丝拉力的大小，从而实现实时反映丝线张力状态。丝张力撤除后，柔顺机构4通过自身弹性可恢复原状，消除残余力。
[0026]该传感器首次使用前应进行标定，得到丝张力和输出电压的对应函数，使用时测量输出电压的大小通过上述获得的函数关系反算出丝张力的大小，实现测量。
【主权项】
1.一种微型丝张力传感器，其特征在于，包括壳体、传动组件和感应元件，所述感应元件设置于所述壳体的基座上表面，所述壳体上设有用于支撑所述传动组件的具有弹性性能的柔顺机构，所述传动组件的底部设有用于将传动组件受到的力传递到感应元件的压力台，所述壳体的两侧分别设有进丝槽和出丝槽，所述传动组件的上部设有绕丝凹槽，所述绕丝凹槽的顶部设有用于防止丝脱离的装配槽。2.根据权利要求1所述一种微型丝张力传感器，其特征在于，所述绕丝凹槽的宽度大于丝的直径，所述装配槽的直径小于丝的直径。3.根据权利要求1所述一种微型丝张力传感器，其特征在于，所述传动组件上还设有用于限制传动组件摆动的限位块。4.根据权利要求1所述一种微型丝张力传感器，其特征在于，所述进丝槽和出丝槽在同一轴线上。
【文档编号】G01L5/10GK105865697SQ201610367145
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月27日
【发明人】康荣杰, 孙鸿洋, 耿仕能
【申请人】天津大学