一种加速度传感器的制作方法

本发明属于传感器技术技术，具体地说涉及一种类人机器人腕用多维惯性加速度传感器。

背景技术：

类人机架人腕用多维传感器是一种小量程、小尺寸、高灵敏度的传感器。其在类人机器人手腕上的作用：手与所握的物体的加速度产生的惯性力会对机器人手腕的运动产生影响，需要加速度传感器对加速度进行测量，并通过反馈装置提供给控制系统，通过控制系统抵消对机器在人手腕产生影响的惯性力。

目前国内外研究的传感器可以大体分为并联式传感器与非并联式传感器。并联式力传感器的测量方式，当待测平台受到一个力时，待测平台与固定平台之间的弹性连接杆发生形迹，此时杆上的应变片随连接杆发生形变，测量电路和输出电信号，再根据传感器的转换由电信号反推出待测力的大小。并联式加速度传感器的测量方式，将待测平台换成质量块，在加速度传感器所安装的平台受到一个加速度时，质量块会出现一个惯性力，而加速度传感器的实质是测量质量块上的惯性力。最后再根据惯性矩阵推导出待测平台的加速度。

根据类人机器人腕用加速度传感器的实际使用情况，其量程在±1g，为小量程，高敏感度的传感器，因此弹性元件在受到标定加速度时的应变应到过10e-3的数量级。加速度传感器安装在机器人手腕上，其体积应该在保证精度的基础上控制在尽可能小的范围内。

目前不论是并联式传感器还是非并联式传感器，其传感器弹性体中均存在铰链连接、移动副设计，这样的连接结构较脆弱易破坏，在使用过程中被加载过高加速度时传感器结构的弹性连接杆应力集中位置容易被破坏。同时应力不集中，本发明可以使应力集中在v型杆的折角位置，并使杆上同时出现正负两种应变。在保护杆的作用下，可以使传感器在某些可能会超出量程的的环境下正常使用。

技术实现要素：

本发明提供一种加速度传感器，能够使应力集中在弹性体行测位置，并在应力集中部位安装应变片，能很好地改善测量电路的输入信号源，提高传感器的测量精度。能有效保护应力集中位置不被破坏。

本发明的目的是以下述方式实现的：

一种加速度传感器，包括上平台与下平台之间，在上平台与下平台之间设置有弹性体，在上平台上设置有球形质量块，所述弹性体为竖梁式结构，包括弹性连接杆，所述弹性连接杆包括上连杆、下连杆以及连接上连杆和下连杆的弹性部件，上连杆的上端连接在上平台上，下连杆的下端连接在下平台上，所述弹性部件为v型件，v型件的上端与上连杆连接，下端与下连杆连接，在应力集中点粘贴应变片。

进一步的，所述弹性部件还包括v型件保护杆，v型件保护杆包括设置在v型件上部的上保护杆和设置在v型件下部的下保护杆，上保护杆与下保护杆卡接，上连杆、上保护杆、下保护杆和下连杆设置在同一竖直直线上。

进一步的，上连杆的下端、v型件的上端和上保护杆固定连接；下连杆的上端、v型件的下端和下保护杆的下端固定连接。

进一步的，v型件的上端插入上连杆的下端和上保护杆的上端之间，且通过螺栓连接；v型件的下端插入下连杆的上端和下保护杆的下端之间，且通过螺栓连接。

进一步的，所述弹性体至少为四个，平均设置在上平台与下平台之间。

进一步的，所述弹性体为六个，平均设置在上平台与下平台之间。

进一步的，所述上保护杆与下保护杆之间有安全间隙。

进一步的，所述下保护杆上部设置为l型，在下保护杆上端设置有卡槽，上保护杆下端设置有能卡进卡槽内的突起，且v型件和下保护杆上部的l型部分分别设置在上连杆、上保护杆、下保护杆和下连杆所在同一竖直直线的两侧。

进一步的，v型件的上端部与上保护杆对应的侧面和v型件的上端部与上连杆对应的侧面、v型件各个拐角的内侧面和外侧面均粘贴有薄膜式应变片，在下保护杆上部的l型部分与上保护杆对应的竖直面和水平面上均粘贴薄膜式应变片或者在与下杆l型部分对应的上保护杆的竖直面向水平面上均粘贴薄膜式应变片。

优选的，所述v型件由v型杆和连接于v型杆上端的上l型杆和连接于v型杆下端的下l型杆复合为一体，上连杆、上l型杆和上保护杆通过螺栓或铆钉连接，下保护杆、上l型杆和下连杆通过螺栓或铆钉连接，所述v型杆的拐角外侧设置有弧形槽。

相对于现有技术，本发明有以下技术效果：本发明加速度传感器的弹性体没有铰链连接，也没有移动副设计，弹性体为竖梁式结构。利用应力集中法将应力集中在弹性部件上，在弹性极限范围内，增加弹性部件的峰值应力，并在应力集中处张贴电阻应变片，大幅改善测量电路和输入信号源，提高传感器的测量精度。在超出量测时，传感器可有效保护应力集中位置。

附图说明

图1是本发明结构示意图。

图2是本发明弹性体结构示意图。

图3是图2的右视图。

具体实施方式

如图1-图3所示，一种加速度传感器，包括上平台1和下平台2，在上平台上设置有球形质量块3，在上平台与下平台之间设置有弹性体，所述弹性体为竖梁式结构，包括弹性连接杆，所述弹性连接杆包括上连杆16、下连杆11以及连接上连杆和下连杆的弹性部件，上连杆的上端连接在上平台上，下连杆的下端连接在下平台上。所述弹性部件包括上保护杆17、v型件15和下保护杆18，上保护杆和下保护杆为v型件的保护杆，保护杆能够防止在使用过程中，被加载高加速度时传感器结构中弹性体的上连杆和下连杆与v型件应力集中位置被破坏，v型件的上端插入上连杆的下端和上保护杆的上端之间，且通过螺栓12连接；上保护杆17与下保护杆18卡接，v型件的下端插入下连杆的上端和下保护杆的下端之间，且通过螺栓12连接，上连杆、上保护杆、下保护杆和下连杆设置在同一竖直直线上，在应力集中点粘贴应变片，应变片与控制系统连接。

本发明的上连杆16的上端通过螺杆4固定在上平台上，下连杆11的下端通过螺杆固定在下平台上。

本发明弹性体的上连杆的下端、v型件的上端和上保护杆之间通过螺栓固定连接，下连杆的上端、v型件的下端和下保护杆的下端通过螺栓固定连接。还可以通过铆钉连接，铆钉连接也能够达到本发明的技术效果。

具体地，本发明的v型件由v型杆和连接于v型杆上端的上l型杆6和连接于v型杆下端的下l型杆8复合为一体，上连杆、上l型杆和上保护杆通过螺栓或铆钉连接，下保护杆、上l型杆和下连杆通过螺栓或铆钉连接，所述v型杆的拐角外侧设置有弧形槽7。

本发明的弹性体至少为四个，平均设置在上平台与下平台之间，且弹性体的v型件的拐角指向上平台及下平台的中心连线。如果设置四个，适合四维加速度传感器。弹性体设置六个，适合六维加速度传感器。本实施例以六个为例，即以六维加速度传感器为例进行设计的。

本发明上保护杆与下保护杆在竖直方向上和水平方向上均设有有安全间隙，上保护杆与下保护杆之间的安全间隙根据v型杆的尺寸具体计算。这一安全间隙的设置能够起到以下作用，当施加在传感器上的加速度超过量程时，保护杆上下位置或者环绕位置会接触，承受多余的应力。

安全间隙即上保护杆与下保护杆之间的距离，这一安全间隙的计算是根据v型件弯曲时的截面转角来计算保护杆间所需要的距离。

具体如下：以拐角为中心将v型件分成两部分，分别计算其截面转角，根据转角方程，m为弯矩，e为弹性模量，i为长度，分别计算施加额定加速度时上保护杆和下保护杆截面转角，再根据v型件的拐角与保护杆的距离，计算出上保护杆与下保护杆之间设0.1mm的安全间隙。

本发明下保护杆上部设置为l型，在下保护杆上端设置有卡槽，上保护杆下端设置有能卡进卡槽内的突起，且v型件和下保护杆上部的l型部分分别设置在上连杆、上保护杆、下保护杆和下连杆所在同一竖直直线的两侧。

本发明在v型件中间拐角的内侧面和外侧面均粘贴有薄膜式应变片，即v型件中的v型杆的拐角内侧面和外侧面均粘贴薄膜式应变片。

更加理想的结构是，本发明在v型件的上端部与上保护杆对应的侧面和v型件的上端部与上连杆对应的侧面，在下保护杆上部的l型部分与上保护杆对应的竖直面和水平面上均粘贴薄膜式应变片或者在与下杆l型部分对应的上保护杆的竖直面向水平面上均粘贴薄膜式应变片。

本发明传感器在z轴向上方向的线加速度超出量程时，上保护杆的凸块位置与下保护杆的挂环上端接触。传感器在z轴向下方向的线速度超出量程时，上保护杆的支柱位置与下保护杆的支柱位置接触。传感器在x、y轴方向的线加速度超出量程时，上保护杆的平板位置与下保护杆的挂环内面接触。传感器在绕x、y轴方向的角加速度超出量程时，一段的上保护杆的凸块位置与下保护杆的挂环上端接触，对称端的上保护杆的支柱位置与下保护杆的支柱位置接触。传感器在绕z轴方向的角加速度超过量程时，上保护杆的凸块位置与下保护杆的挂环侧面接触。当施加在传感器上的加速度超过量程时，保护杆上下位置或者环绕位置会接触，承受多余的应力。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。