六维力传感器的过载保护装置的制作方法

1.本实用新型涉及的是一种机器人技术领域的过载保护装置，特别是一种过载保护倍数可调节的六维力传感器的过载保护装置。


背景技术：

2.六维力传感器能够测量三维空间的全力信息，广泛应用于智能机器人、自动控制、航空航天、仿生运动等研究领域，在工业生产、国防建设和科学技术发展中发挥着重要的作用。在六维力传感器研究中，力敏元件的结构设计是力与力矩传感器的核心关键。力敏元件在传感器中是最薄弱的结构。在应用中发现，六维力传感器会由于受力或受力矩过大导致力敏元件断裂损坏。该情况会影响到相关连接设备的使用和安全。但迄今在这方面较好的解决方法很少。如专利cn101419102a，cn101210850a等六维力传感器并没有过载保护功能；专利cn103528726a对六维力传感器的过载保护装置没有考虑耦合的问题，难以实现精确的过载保护；专利cn109307567a提出的结构主要为了满足在航天强烈振动环境中使用，所以过于复杂。


技术实现要素：

3.本实用新型针对现有技术的不足，提出一种六维力传感器的过载保护装置，可增强六维力传感器的可靠性，避免过载损坏以及排除相关安全隐患。
4.本实用新型是通过以下技术方案来实现的，本实用新型包括弹性本体、封装壳体，封装壳体罩在弹性本体上，弹性本体包括上平台、下平台、走线台、弹性柱、本体通孔、本体连接螺纹孔、过载保护柱体、下平台柱体、过载保护螺栓、保护螺栓螺纹孔，上平台、下平台、走线台均为圆环状结构，上平台布置在下平台的上方，走线台布置在下平台的下方，上平台、下平台的外缘直径相同，走线台的外缘直径大于下平台的外缘直径，本体通孔、本体连接螺纹孔均布置在上平台上；过载保护柱体布置在上平台的下端面并向下延伸，下平台柱体布置在下平台的上端面并向上延伸，弹性柱的两端分别与上平台、下平台相连接；本体通孔贯穿上平台和过载保护柱体，保护螺栓螺纹孔布置在下平台柱体上，本体通孔、保护螺栓螺纹孔同轴心设计，过载保护柱体、下平台柱体之间具有过载保护间隙，该间隙形成压应力的过载保护；过载保护螺栓布置在本体通孔与保护螺栓螺纹孔内,本体通孔为圆形沉头孔，过载保护螺栓的直径小于本体通孔的下端孔径。过载保护螺栓的螺栓头与本体通孔上端之间的水平间隙大于过载保护螺栓的主体与本体通孔下端之间的水平间隙，后者形成水平方向受力的过载保护；过载保护螺栓的螺栓头下表面与本体通孔的上端具有间隙，该间隙形成受拉时的过载保护。过载保护的倍数可通过调节过载保护的间隙差实现，间隙差越大，过载保护倍数越大。过载保护的量程可以通过理论公式计算，以受压时为例：
5.f＝eεa
ꢀꢀꢀ
(1)
6.ε＝δ/l
ꢀꢀꢀ
(2)
7.其中，f为过载保护的量程；e为传感器应变材料的弹性模量，例如铝合金，取7.2
×
10
10
pa；ε为弹性体的应变；δ为过载保护柱体与下平台柱体之间的间隙大小，取0.2mm；l为弹性柱的长度，取14mm；a为弹性柱的横截面积，取16.5mm2。则过载保护的量程为
8.进一步地，在本实用新型中，封装壳体包括壳体沉头孔、壳体螺纹孔、壳体销孔，壳体沉头孔、壳体螺纹孔均周向均匀间隔布置。
9.更进一步地，在本实用新型中，弹性柱为长条形薄片，两端均为铰链形结构。
10.更进一步地，在本实用新型中，弹性柱、过载保护柱体、下平台柱体均周向均匀布置，弹性柱布置在两个过载保护柱体之间。
11.更进一步地，在本实用新型中，上平台、过载保护柱体固结为一体，下平台柱体、下平台、走线台固结为一体。
12.在本实用新型中，弹性本体包括圆环形上平台，位于上平台正下方的圆环形下平台，位于下平台下方的走线台以及连接在所述上平台和所述下平台之间的弹性柱。弹性柱是1.1mm厚的长条形薄片，弹性柱的头和尾是铰链形结构，使得弹性柱的主体部分在受力时获得充分形变，弹性柱在传感器中应力最高。上平台具有向下沿伸的六个过载保护柱体，过载保护柱体沿周向均匀分布。下平台具有向上沿伸的六个下平台柱体，均沿周向均匀分布。过载保护柱体和下平台的柱体一一对应，且上下具有间隙。每个过载保护柱体中开有一个本体通孔，每个下平台柱体中开有一个保护螺栓螺纹孔。通孔打通上平台和过载保护柱体，过载保护螺栓通过本体通孔与保护螺栓螺纹孔连接。过载保护螺栓直径小于本体通孔，两者之间具有形成过载行程的间隙。过载保护的倍数可通过调节过载保护的间隙差实现，间隙差越大，过载保护倍数越大。
13.与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果为：在本实用新型的技术方案中，由于在过载保护柱体中开有本体通孔，以及过载保护螺栓通过本体通孔和下平台上的保护螺栓螺纹孔连接，当上平台受水平方向力过大时，弹性体产生过大的形变，通孔的壁面和过载保护螺栓的主体接触，从而避免变形进一步扩大，实现过载保护的功能。当上平台受到过大的压力时，过载保护柱体与下平台柱体接触，形成过载保护。当上平台受到过大的拉力时，过载保护螺栓的螺栓头下表面与通孔接触，形成过载保护。过载保护的倍数可通过调节过载保护的间隙差实现，间隙差越大，过载保护倍数越大。
14.因此，采用上述技术方案，本实用新型的过载保护结构可以避免弹性本体受到大于量程的力或力矩而遭到不可恢复的损坏。
附图说明
15.图1为本实用新型的立体结构示意图；
16.图2为本实用新型中弹性本体的结构示意图；
17.图3为本实用新型中弹性本体的俯视图；
18.图4为图3中a-a向剖面示意图；
19.图中标号：1、弹性本体，2、封装壳体，101、上平台,102、下平台，103、走线台，104、弹性柱，105、本体通孔，106、本体连接螺纹孔，107、过载保护柱体，108、下平台柱体，109、过载保护螺栓，110、保护螺栓螺纹孔，201、壳体沉头孔，202、壳体螺纹孔,203、壳体销孔。
具体实施方式
20.下面结合附图对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例以本实用新型技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。
21.实施例
22.本实用新型如上图1至4所示，本实用新型包括弹性本体1、封装壳体2，封装壳体2罩在弹性本体1上，弹性本体1包括上平台101、下平台102、走线台103、弹性柱104、本体通孔105、本体连接螺纹孔106、过载保护柱体107、下平台柱体108、过载保护螺栓109、保护螺栓螺纹孔110，封装壳体2包括壳体沉头孔201、壳体螺纹孔202、壳体销孔203。上平台101、下平台102、走线台103均为圆环状结构，上平台101布置在下平台102的上方，走线台103布置在下平台102的下方，上平台101、下平台102的外缘直径相同，走线台103的外缘直径大于下平台102的外缘直径，本体通孔105、本体连接螺纹孔106均布置在上平台101上；过载保护柱体107布置在上平台101的下端面并向下延伸，下平台柱体108布置在下平台102的上端面并向上延伸，弹性柱104的两端分别与上平台101、下平台102相连接；本体通孔105贯穿上平台101和过载保护柱体107，保护螺栓螺纹孔110布置在下平台柱体108上，本体通孔105、保护螺栓螺纹孔110同轴心设计，过载保护柱体107、下平台柱体108之间具有过载保护间隙，该间隙形成压应力的过载保护；过载保护螺栓109布置在本体通孔105与保护螺栓螺纹孔110内,本体通孔105为圆形沉头孔，过载保护螺栓109的直径小于本体通孔105的下端孔径，过载保护螺栓109的螺栓头与本体通孔105上端之间的水平间隙大于过载保护螺栓109的主体与本体通孔105下端之间的水平间隙，后者形成水平方向受力的过载保护；过载保护螺栓109的螺栓头下表面与本体通孔105的上端具有间隙，该间隙形成受拉时的过载保护。壳体沉头孔201、壳体螺纹孔202均周向均匀间隔布置。弹性柱104为长条形薄片，两端均为铰链形结构。弹性柱104、过载保护柱体107、下平台柱体108均周向均匀布置，弹性柱104布置在两个过载保护柱体107之间，上平台101、过载保护柱体107固结为一体,下平台柱体108、下平台102、走线台103固结为一体。
23.在本实施例中，弹性本体1整体为圆台形状，为一体加工而成，包括上平台101、下平台102、六个弹性柱103、走线台103，上平台101和下平台102均为圆环状结构，上平台101和下平台102的外缘直径相同，上平台101具有向下延伸的六个过载保护柱体107，过载保护柱体107沿周向均匀分布；下平台102具有向上延伸的六个下平台柱体108，下平台柱体108沿周向均匀分布。每个过载保护柱体7中开有一个自上而下的本体通孔105，本体通孔105为沉头孔，打通上平台101和下方过载保护柱体107；上平台101下的过载保护柱体107和下平台上的下平台柱体108保持间隙。下平台102的每个下平台柱体108上开有一个保护螺栓螺纹孔110。过载保护螺栓109通过本体通孔105和下平台102上的保护螺栓螺纹孔110连接。过载保护螺栓109的直径小于本体通孔105的直径，两者之间的间隙形成过载行程。
24.在本实用新型的实施过程中，作用在顶盖上的力或者力矩通过相互固定的上平台101传达到弹性柱104产生形变，从而形成力信号；当上平台101受水平方向力过大时，弹性体104产生过大的形变，通孔105的壁面和过载保护螺栓109的主体接触，从而避免变形进一步扩大，实现过载保护的功能。当上平台101受到过大的压力时，过载保护柱体107与下平台柱体108接触，形成过载保护。当上平台101受到过大的拉力时，过载保护螺栓109的螺栓头
下表面与通孔105接触，形成过载保护。过载保护的倍数可通过调节过载保护的间隙差实现，间隙差越大，过载保护倍数越大。采用六维过载保护孔和过载保护栓，任何一个方向出现过载情况均可以起到保护作用。采用圆孔和螺栓作为过载保护孔和过载保护栓具有加工方便，保护控制精准的优点。通过上述详细描述，可以看出本实用新型对六维力传感器的过载保护功能，可以避免弹性本体受到大于量程的力或力矩而遭到不可恢复的损坏。
25.以上对本实用新型的具体操作方式进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定操作方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。