一种测力模块测量分支及三维力传感器的制作方法

本申请涉及多维力测量领域，尤其涉及测力模块测量分支及三维力传感器。

背景技术：

1、多维力传感器因可检测空间多维力信息广泛应用于机器人、产品测试、航空航天等领域。

2、现有技术中公开的多维力传感器都为装配结构，装配间隙对测量精度造成的影响无可避免。测量精度高、无装配间隙、结构紧凑的多维力传感器成为目前紧缺的产品。

3、现有技术中的多维力传感器多采用等截面的弹性梁传递力和位移，但是而等截面的弹性梁受到外力作用时虽然可以消除应力集中到现象，但是受到非径向外力，等截面梁中心偏移明显。而且常规的机械传动系统通过刚性运动副进行力的传递，由于构件间不可避免的存在间隙、摩擦、和磨损。

4、而变截面梁可通过材料的弹性变形来传递力和位移，彻底消除运动副传递过程中的空程和机械摩擦。但最常见的变截面梁是在长方体材料上切除两个对称的切口，使结构在外载荷的作用下产生微小的转动效果。普通切口的变截面梁受到非径向力作用时应力主要集中在最薄弱区域，影响力传递效果。

5、因此需要一种装置用于解决应力集中和梁中心偏移的情况。

技术实现思路

1、本申请实施例提供一种测力模块测量分支及三维力传感器，解决了现有技术传递力和位移的传递梁应力集中且中心偏移的问题。

2、本申请实施例还提供一种测力模块测量分支，包含交叉变截面梁和弹性测量体。所述交叉变截面梁由两个变截面梁单元在截面最薄处汇交呈“x”型一体成型。所述变截面梁单元为两头粗中间细的弹性体梁结构。所述弹性测量体的两端面分别固定连接一个所述交叉变截面梁的端部。所述弹性测量体上与端面垂直的两个对侧贴有相对的应变片。

3、优选地，所述弹性测量体为带有矩形通孔的矩形结构。弹性测量体垂直于矩形通孔的截面为“口”字形。矩形结构与交叉变截梁固定连接的侧壁厚度大于贴有应变片的侧壁。

4、另一方面，本申请还提供一种三维力传感器，包含基座和测力传递梁，还包含上述实施例所述测力模块测量分支。所述基座上开有圆柱形贯通腔。所述测力传递梁为圆柱形，圆柱形中心出设置有螺纹通孔。所述测力模块测量分支一端非径向的设置在测力传递梁侧壁上，另一端固定连接基座贯通腔内壁，使测力传递梁同轴安装在基座的贯通腔内。

5、进一步地，所述基座、测力传递梁和测力模块测量分支为一体成型的弹性件。

6、优选地，所述测力传递梁的侧壁上开有第一缺口。所述第一缺口上有第一连接面的垂线切于测力传递梁同心的内圆。所述第一连接面用于固定连接测力模块测量分支的一端。

7、进一步地，所述基座为圆柱形。基座的上表面环贯通腔均匀开有若干平行于轴线的安装通孔。所述安装通孔用于固定所述三维力传感器。

8、进一步优选地，所述基座上有周向环内壁凸出的环状凸台，所述环状凸台上有与第一缺口对应的第二缺口。所述第二缺口上有第二连接面与相对的第一连接面平行。所述第二联界面用于固定连接测力模块测量分支的另一端。

9、优选地，所述第一缺口和第二缺口均为对称分布的三个，三个缺口互呈120度。

10、进一步地，还包含上防护盖和下防护盖。所述上防护盖和下防护盖为圆盘结构。固定连接基座，分别盖住基座贯通腔的上下两个开口。所述上防护盖或下防护盖上开有正对测力传递梁上螺纹通孔的圆形开孔。

11、进一步优选地，所述上下防护盖分别安装在基座上的环状凸台上下底面。所述测力传递梁的厚度低于环状凸台。所述测力传递梁上有一个同轴的圆柱形凸台，所述圆柱形凸台从上防护盖或下防护盖上的圆形开孔伸出。

12、本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

13、本申请所述三维力传感器，包括基座、测力传递梁和测力模块测量分支组成。至少三个测力模块测量分支可以完成平面内二维力及转矩的测量，易于实现产品化。且传感器通过多个测力模块测量分支可消除单测量分支串联带来的刚度小问题。基座、测力传递梁和测力模块测量分支结构一体加工而成，无装配间隙，机构紧凑，测量精度高。三条非径向均匀分布的测力模块测量分支，结构刚度大。而交叉变截面即将两个变截面梁交叉布置并汇交于一处，梁受到非径向力作用时会围绕两梁交汇处发生微小转动，既能改善应力集中情况，同时又能保证梁中心不偏移。因此交叉变截面梁应用于力和微小位移传递领域效果良好。

技术特征：

1.一种测力模块测量分支，其特征在于，包含交叉变截面梁和弹性测量体；

2.根据权利要求1所述测力模块测量分支，其特征在于，所述弹性测量体为带有矩形通孔的矩形结构；

3.一种三维力传感器，包含基座和测力传递梁，其特征在于，还包含权利要求1或2所述测力模块测量分支；

4.根据权利要求3所述三维力传感器，其特征在于，所述基座、测力传递梁和测力模块测量分支为一体成型的弹性件。

5.根据权利要求3所述三维力传感器，其特征在于，所述测力传递梁的侧壁上开有第一缺口；

6.根据权利要求3所述三维力传感器，其特征在于，所述基座为圆柱形；

7.根据权利要求5所述三维力传感器，其特征在于，所述基座上有周向环内壁凸出的环状凸台，所述环状凸台上有与第一缺口对应的第二缺口；

8.根据权利要求7所述三维力传感器，其特征在于，所述第一缺口和第二缺口均为对称分布的三个，三个缺口互呈120度。

9.根据权利要求3-8任意一项所述三维力传感器，其特征在于，还包含上防护盖和下防护盖；

10.根据权利要求9所述三维力传感器，其特征在于，

技术总结
本申请公开一种测力模块测量分支及三维力传感器，解决传递力和位移的传递梁应力集中且中心偏移的问题。一种测力模块测量分支包含交叉变截面梁和弹性测量体，交叉变截面梁由两个变截面梁单元在截面最薄处汇交呈“X”型一体成型，变截面梁单元为两头粗中间细的弹性体梁结构。弹性测量体的两端面分别固定连接一个所述交叉变截面梁的端部。弹性测量体上与端面垂直的两个对侧贴有相对的应变片。三维力传感器还包含基座和测力传递梁，至少三个所述测力模块测量分支一端非径向地均匀分布在测力传递梁侧壁上，另一端固定连接基座贯通腔内壁，使测力传递梁同轴安装在基座的贯通腔内。本申请主体结构为一体加工而成，无装配间隙，机构紧凑，测量精度高。

技术研发人员：翁大成,宋金宝,王威,曹凯,王哲,刘长文,刘泰营
受保护的技术使用者：北京无线电计量测试研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12