一种多维力检测结构的制作方法

本发明涉及机械臂，尤其涉及一种多维力检测结构。

背景技术：

1、在现代工业自动化领域，机械臂的应用越来越广泛，其性能和精度直接影响生产效率和产品质量。为了实现对机械臂的精确控制，需要对其受到的各个方向的作用力进行实时、准确的检测，多维力检测结构作为一种关键的传感设备，将其安装在机械臂上能够实时检测各个方向的作用力，为机械臂提供准确的力反馈信息。然而，现有的力传感器大多为应变片式传感器，这种传感器在实际应用中存在一些问题。

2、首先，应变片式传感器的检测精度较低。由于应变片的工作原理是通过测量材料在受力后的形变来计算受力大小，因此，应变片式传感器的检测精度受材料特性、制造工艺等因素的影响较大，这种力传感器在实际应用中很难实现对微小力的高精度检测。其次，应变片式传感器的抗蠕变能力差。应变片式传感器在长时间受力后，其敏感元件会发生蠕变现象，导致传感器的输出信号发生漂移，从而影响检测的准确性。最后，应变片式传感器存在温漂问题，在实际应用中很难消除温度对输出信号的影响，从而导致较大的检测误差。

技术实现思路

1、基于以上所述，本发明的目的在于提供一种多维力检测结构，解决了现有的应变片式多维力传感器存在的检测精度低、抗蠕变能力差及温漂严重的问题，极大地促进了多维力传感器在高精度力控制领域的应用。

2、为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种多维力检测结构，包括：外筒；内轴，其一端伸入所述外筒内，所述外筒的内壁和所述内轴的外壁两者中的一个上设有支撑凸台，另一个上设有与所述支撑凸台对应的抵接槽，所述支撑凸台能够与所述抵接槽接触且两者接触的位置为接触区域，所述外筒或者所述内轴能够以所述接触区域的任一点为支点转动预设角度；力检测组件，包括第一mems力传感器、第二mems力传感器、第三mems力传感器及第四mems力传感器，所述第一mems力传感器、所述第二mems力传感器及所述第四mems力传感器均位于所述内轴和所述外筒之间，所述第三mems力传感器位于所述内轴的端部，所述第一mems力传感器能够检测第一方向的作用力，所述第二mems力传感器能够检测第二方向的作用力，所述第三mems力传感器能够检测第三方向的作用力，所述第四mems力传感器能够检测所述内轴和所述外筒沿所述第三方向转动时的切向力，其中，所述第一方向、所述第二方向及所述第三方向两两垂直；所述第一mems力传感器、所述第二mems力传感器、所述第三mems力传感器及所述第四mems力传感器均为芯片式力传感器，所述芯片式力传感器包括顶部盖板、底座、密封膜及测力芯片，所述密封膜覆盖在所述底座上且两者形成液压腔，所述顶部盖板固定在所述密封膜上，所述测力芯片设置在所述底座上且能够检测所述液压腔内液体的液压。

4、作为一种多维力检测结构的优选方案，所述支撑凸台设置在所述外筒的内壁上且包括第一转动凸台和第二转动凸台，所述第一转动凸台与所述第二转动凸台之间形成容纳槽，所述抵接槽设置在所述内轴上且包括第一抵接子槽和第二抵接子槽，所述第一转动凸台伸入所述第一抵接子槽内且两者的底端接触形成第一接触子区域，所述第二转动凸台伸入所述第二抵接子槽内且两者的底端接触形成第二接触子区域，所述第一接触子区域与所述第二接触子区域形成所述接触区域。

5、作为一种多维力检测结构的优选方案，所述多维力检测结构还包括压块组，所述压块组和所述第四mems力传感器均设置在所述容纳槽内且两者中的一个固定在所述支撑凸台上，另一个设置在所述内轴上，所述压块组包括第一压块和第二压块，所述第四mems力传感器的个数为至少两个，所述第一压块和所述第二压块均能够与至少一个所述第四mems力传感器抵接。

6、作为一种多维力检测结构的优选方案，所述底座上设有液体凸台，所述芯片式力传感器还包括压环，所述密封膜为金属膜，所述压环固定在所述金属膜上且正对所述液体凸台设置，以使所述金属膜夹设在所述压环和所述底座之间，所述顶部盖板与所述压环间隔设置且所述顶部盖板上设有避让豁口，所述金属膜包括金属波纹片和金属平片，所述顶部盖板固定在所述金属平片上且所述顶部盖板与所述密封膜在所述避让豁口处形成可变形间隙。

7、作为一种多维力检测结构的优选方案，所述内轴的外壁和所述外筒的内壁两者中的一个上设有两个第一安装槽，另一个上设有两个第三压块，两个所述第一安装槽沿所述第一方向分布在所述内轴的两侧，每个所述第一安装槽内均设有一个所述第一mems力传感器，每个所述第一mems力传感器均与一个所述第三压块对应。

8、作为一种多维力检测结构的优选方案，所述内轴的外壁和所述外筒的内壁两者中的一个上设有两个第二安装槽，另一个上设有两个第四压块，两个所述第二安装槽沿所述第二方向分布在所述内轴的两侧，每个所述第二安装槽内均设有一个所述第二mems力传感器，每个所述第二mems力传感器均与一个所述第四压块对应。

9、作为一种多维力检测结构的优选方案，所述多维力检测结构还包括连接组件，所述连接组件包括连接筒和轴向压座，所述连接筒与所述外筒相连，所述轴向压座设置在所述连接筒的内部且能够相对于所述连接筒沿所述第三方向运动，所述连接筒上还设有第三安装槽，所述第三安装槽内设有两个所述第三mems力传感器，所述内轴和所述轴向压座分别位于两个所述第三mems力传感器沿所述第三方向的两侧。

10、作为一种多维力检测结构的优选方案，所述轴向压座上设有定位孔，所述连接筒上设有与所述定位孔对应的定位槽，所述连接组件还包括连接轴，所述连接轴的一端过盈装配在所述定位孔内，另一端能够与所述定位槽接触以限位所述连接筒，所述连接筒能够沿所述连接轴的轴向移动。

11、作为一种多维力检测结构的优选方案，所述支撑凸台为半环形凸台，所述定位槽为半环形槽，所述半环形槽设置在所述外筒上，所述半环形凸台设置在所述内轴上，所述半环形凸台和所述半环形槽沿周向的两端形成两个安装间隙，每个所述安装间隙内均有设置在所述半环形凸台或所述半环形槽上的所述第四mems力传感器。

12、作为一种多维力检测结构的优选方案，所述多维力检测结构还包括旋转柱、连接臂、第一传动组件、第二传动组件及第三传动组件，所述旋转柱与所述连接臂可转动连接，所述连接臂与所述内轴或所述外筒可转动连接，所述第一传动组件能够驱动所述旋转柱带动所述连接臂、所述内轴及所述外筒沿第四方向转动，以使所述内轴和所述外筒沿所述第二方向和所述第三方向移动，其中，所述第四方向与所述旋转柱的轴线方向平行；所述第二传动组件能够驱动所述连接臂带动所述内轴和所述外筒沿第五方向转动，以使所述内轴和所述外筒沿所述第一方向和所述第三方向运动，所述第五方向与所述第四方向垂直；所述第三传动组件能够驱动所述内轴和所述外筒沿所述第五方向转动，以使所述内轴和所述外筒沿所述第一方向和所述第三方向移动。

13、本发明的有益效果为：

14、本发明公开的多维力检测结构，检测第一方向的力时，内轴和外筒之间存在等大同向的作用力，而第一mems力传感器则能够检测该作用力，最终实现第一方向的作用力的检测，同样地，第二mems力传感器能够检测第二方向的作用力，第三mems力传感器能够检测第三方向的作用力，由于力臂固定，根据第四mems力传感器检测的切向力即可得到第三方向的力矩，其中，芯片式力传感器的测力芯片检测的液压即为所要检测的作用力，这种结构的芯片式力传感器具有检测精度高、抗蠕变能力强且温漂小的特点，克服了现有技术受多维力检测结构的结构限制而只能使用应变片式传感器才能检测各个方向的应力的技术偏见。