一种内外螺纹式低维间耦合六维力传感器的制作方法

本实用新型专利涉及传感器技术领域，尤其涉及一种内外螺纹式低维间耦合六维力传感器。

背景技术：

六维力传感器是一种测量力和力矩的多维力传感器，它能够测量笛卡尔坐标系上X、Y、Z三个方向上力和转矩的分量，已经成为智能机器人必不可少的元件，随着应用研究的不断深入，其用途也越来越广泛。

国内外很多学者对六维力传感器进行了研究，提出了电阻应变式、电容式、电感式、压电式和光电式等不同测力原理的六维力传感器。而目前应用最广泛的是电阻应变式六维力传感器。在电阻应变式六维力传感器研究中，目前国内外研究最突出的问题是维间耦合严重和体积较大、重量较大。维间耦合可导致六维力传感器精度降低，从根本上讲造成维间耦合的主要因素是传感器的弹性体结构问题，所以六维力传感器弹性体的结构设计很重要，而六维力传感器的体积较大和重量较大导致安放传感器时较为麻烦，降低机器人的灵活性以及运动性。

技术实现要素：

本使用新型的目的是在于设计一种内外螺纹式低维间耦合六维力传感器，以解决上述六维力传感器维间耦合严重和体积较大、重量较大的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种内外螺纹式低维间耦合六维力传感器，包括二级弹性梁、应变片、测力圆环、外螺纹、柔性球铰、一级弹性梁、内螺纹、固定圆环和镂空结构，所述二级弹性梁有四个且均匀固连在固定圆环内侧，所述二级弹性梁通过柔性球铰连接到一级弹性梁上，所述应变片有24个且分布于一级弹性梁和二级弹性梁上，所述测力圆环设置有内螺纹，所述一级弹性梁均设置有镂空结构，所述固定圆环设置有外螺纹，所述固定圆环和测力圆环之间为整体弹性体结构，内部为十字梁结构，所述镂空结构为销孔形状。

优选的，所述8个应变片贴于二级弹性梁上，分别为R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8。所述R1、R2和R3、R4分别在二级弹性梁上以X轴为对称轴分布；所述R5、R6和R7、R8分别在二级弹性梁上以Y轴为对称轴分布。其中，R1、R2、R3、R4组成一组惠斯通全桥电路，R5、R6、R7、R8组成一组惠斯通全桥电路。

优选的，所述8个应变片贴于沿Y轴的一级弹性梁上，分别为R9、R10、R11、R12、R13、R14、R15、R16。所述R9、R13、R15、R11和R10、R12、R14、R16分别在一级弹性梁上下平面上，且R9、R10与R11、R12以X轴为对称轴分布，R13、R14与R15、R16以X轴为对称轴分布，所述R13、R14、R15、R16靠近测力圆环设置，所述R9、R10、R11、R12靠近柔性球铰设置。其中，R9、R10、R11、R12组成一组惠斯通全桥电路，R13、R14、R15、R16组成一组惠斯通全桥电路。

优选的，所述8个应变片贴于沿X轴的一级弹性梁上，分别为R17、R18、R19、R20、R21、R22、R23、R24。所述R17、R19和R18、R20分别在一级弹性梁上下平面上，且R17、R18与R19、R20以Y轴为对称轴分布，所述R17、R18、R19、R20靠近测力圆环设置；所述R21、R23和R22、R24分别在一级弹性梁左右平面上，且R21、R22与R23、R24以Y轴为对称轴分布，所述R21、R22、R23、R24靠近柔性球铰设置。其中，R17、R18、R19、R20组成一组惠斯通全桥电路，R21、R22、R23、R24组成一组惠斯通全桥电路。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：贴片方式合理紧凑，在结构上直接进行解耦，柔性球铰使得误差耦合减小，总体上为低维间耦合的结构；内外螺纹可将传感器直接镶嵌于机器人手臂和末端执行器内部，极大程度上减少了传感器的体积；镂空结构使得传感器的整体重量下降，提高了机器人的可运动性和灵活性。

附图说明

图1为本实用新型一种内外螺纹式低维间耦合六维力传感器的整体结构示意图。

图2为本实用新型一种内外螺纹式低维间耦合六维力传感器的贴片示意俯视图。

图3为本实用新型一种内外螺纹式低维间耦合六维力传感器的沿X轴贴片剖视图。

图4为本实用新型一种内外螺纹式低维间耦合六维力传感器的沿Y轴贴片剖视图。

图中：二级弹性梁1、应变片2、测力圆环3、外螺纹4、柔性球铰5、一级弹性梁6、内螺纹7、固定圆环8、镂空结构9。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-4，本实用新型提供一种技术方案：一种内外螺纹式低维间耦合六维力传感器，包括二级弹性梁1、应变片2、测力圆环3、外螺纹4、柔性球铰5、一级弹性梁6、内螺纹7、固定圆环8和镂空结构9，所述二级弹性梁1有四个且均匀固连在固定圆环8内侧，所述二级弹性梁1通过柔性球铰5连接到一级弹性梁6上，所述应变片2有24个且分布于一级弹性梁6和二级弹性梁1上，所述测力圆环3设置有内螺纹7，所述一级弹性梁6均设置有镂空结构9，所述固定圆环8设置有外螺纹4，所述固定圆环8和测力圆环3之间为整体弹性体结构，内部为十字梁结构，所述镂空结构9为销孔形状。

工作原理：当传感器测量沿X轴方向的力时，二级弹性梁上的R1、R2、R3、R4变形并接收信号；当传感器测量沿Y轴方向的力时，二级弹性梁上的R5、R6、R7、R8变形并接收信号；当传感器测量沿Z轴方向的力时，一级弹性梁上的R9、R10、R11、R12变形并接收信号。

当传感器测量沿X轴方向的力矩时，一级弹性梁上的R13、R14、R15、R16变形并接收信号；当传感器测量沿Y轴方向的力矩时，一级弹性梁上的R17、R18、R19、R20变形并接收信号；当传感器测量沿Z轴方向的力矩时，一级弹性梁上的R21、R22、R23、R24变形并接收信号。

本实用新型中，应变片R1、R2、R3、R4；R5、R6、R7、R8；R9、R10、R11、R12；R13、R14、R15、R16；R17、R18、R19、R20；R21、R22、R23、R24每四个为一组成了惠斯通全桥电路，测量每一维力/力矩的信号。

由于每一维信号的测量为不同的4个应变片，所以本实用新型在结构上解耦，且柔性球铰极大地降低了在变形测量时不同维之间造成的不必要耦合，降低了误差耦合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。