一种八梁结构的六维力传感器
专利类型：发明专利
语 言：中文
申 请 号：CN201910061579.5
申 请 日：20190123
申 请 人：重庆大学
申请人地址：400044 重庆市沙坪坝区沙正街174号
公 开 日：20190521
公 开 号：CN109781328A
代 理 人：王翔
代理机构：重庆缙云专利代理事务所(特殊普通合伙)
摘 要：本发明公开了一种八梁结构的六维力传感器,其特征在于：包括受力圆盘、外壳、基座、弹性梁、插头连接件和插头；所述受力圆盘通过所述螺孔连接施力装置；所述插头连接件安装在所述外壳的外侧面上；所述插头固定在插头连接件上；所述基座的底座凸台安装在所述外壳的内部；所述弹性梁包括圆盘梁体和八个支梁；所述圆盘梁体与所述受力圆盘连接；八个所述支梁上均设有应力集中孔；每一个支梁上应力集中孔中心的两侧上均安装两个应变片；所述弹性梁安装在所述基座上；本发明传感器具有其输出精度高,结构简单紧凑,工艺简单,应变片少,高灵敏度,高解耦精度,便于安装使用等优点。
主 权 项：1.一种八梁结构的六维力传感器,其特征在于：包括所述受力圆盘(1)、外壳(2)、基座(3)、弹性梁(4)、插头连接件(5)和插头(6)；所述受力圆盘(1)平面中心设有均布在同一圆周上的通孔(101)；所述受力圆盘(1)平面上还设有均布在同一圆周上的螺孔(102)；所述螺孔(102)围绕所述通孔(101)；所述受力圆盘(1)通过所述螺孔(102)连接施力装置；所述外壳(2)为中空的圆柱体；所述外壳(2)侧面上设有插头安装孔I(201)；所述插头连接件(5)为弧形板状；所述插头连接件(5)中部为插头安装孔II(501)；所述插头安装孔II(501)与所述插头安装孔I(201)相对应；所述插头连接件(5)安装在所述外壳(2)的外侧面上；所述插头(6)插入所述插头安装孔II(501)和所述插头安装孔I(201)内,固定在所述插头连接件(5)上；所述基座(3)包括圆盘底座(301)和设于所述圆盘底座(301)平面上的底座凸台(302)；所述底座凸台(302)为圆环形；所述底座凸台(302)的内部安装有电路板；所述底座凸台(302)的环形平面上设有均布在同一圆周上的弹性梁安装孔(3022)；所述基座(3)的底座凸台(302)安装在所述外壳(2)的内部；所述弹性梁(4)包括圆盘梁体(41)和八个支梁(42)；所述圆盘梁体(41)平面上设有均布在同一圆周上的受力圆盘连接孔(411)；所述受力圆盘连接孔(411)与所述通孔(101)相对应；所述圆盘梁体(41)通过所述受力圆盘连接孔(411)与所述受力圆盘(1)连接；八个所述支梁(42)呈辐射状布置在所述圆盘梁体(41)上,且每个支梁(42)中心线之间的夹角为45°；将八个所述支梁(42)分别记为第一支梁、第二支梁、第三支梁、第四支梁、第五支梁、第六支梁、第七支梁和第八支梁。以所述圆盘梁体(41)的平面中心建立右手笛卡尔坐标系,其中,记z轴的方向为垂直于所述圆盘梁体(41)的平面向上,记x轴的方向为平行于所述圆盘梁体(41)的平面向右,记y轴的方向为平行于所述圆盘梁体(41)的平面向前,记所述第一支梁的中心线位于y轴上,其余七个所述支梁(42)按顺时针依次为第二支梁、第三支梁、第四支梁、第五支梁、第六支梁、第七支梁和第八支梁；八个所述支梁(42)上均设有应力集中孔(421)；所述第一支梁、第三支梁、第五支梁和第七支梁的应力集中孔(421)开口方向平行于z轴；所述第二支梁、第四支梁、第六支梁和第八支梁的应力集中孔(421)开口方向垂直于z轴；八个所述支梁(42)上均安装有应变片(422)；每一个支梁(42)上位于应力集中孔(421)中心的两侧均安装一个应变片(422)；八个所述支梁(42)上均设有定位孔(423)；所述定位孔(423)与所述弹性梁安装孔(3022)相对应；所述弹性梁(4)通过所述定位孔(423)安装在所述基座(3)上；在测量时,所述基座(3)固定在测量物体上,所述施力装置对所述受力圆盘(1)施力；所述受力圆盘(1)受力之后使所述弹性梁(4)发生形变；所述应变片(422)上的电阻发生改变；所述电路板将电阻信号转换成电压信号并放大后,在所述插头(6)处将信号引出,向外输出测量信号；当Fx作用在传感器上时,所述第一支梁和第五支梁上产生大小、方向均相同的应变,记为Fx＝f1+f5； (式一)当Fy作用在传感器上时,所述第三支梁和第七支梁上产生大小、方向均相同的应变,记为Fy＝f3+f7； (式二)当Fz作用在传感器上时,所述第二支梁、第四支梁、第六支梁和第八支梁上产生大小、方向均相同的应变,记为Fz＝f2+f4+f6+f8； (式三)将每个所述支梁(42)上应力集中孔(421)中心到所述圆盘梁体(41)中心的距离为记为L；当Mx作用在传感器上时,所述第四支梁、第六支梁与所述第二支梁、第八支梁上产生方向反向的应变,记为Mx＝[f2+f8-(f4+f6)]L cos 45°； (式四)当My作用在传感器上时,所述第二支梁、第四支梁与所述第六支梁上、第八支梁产生方向反向的应变,记为My＝[f8+f6-(f4+f2)]L cos 45°； (式五)当Mz作用在传感器上时,所述第一支梁、第三支梁、第五支梁和第七支梁产生方向相同的应变,记为Mz＝[f1+f7-(f3+f5)]L； (式六)所述式一中：Fx为传感器受到的六维力在x方向上的力；f1为第一支梁所受应变；f5为第五支梁所受应变；所述式二中：Fy为传感器受到的六维力在y方向上的力；f3为第三支梁所受应变；f7为第七支梁所受应变；所述式三中：Fz为传感器受到的六维力在z方向上的力；f2为第二支梁所受应变；f4为第四支梁所受应变；f6为第六支梁所受应变；f8为第八支梁所受应变；所述式四中：Mx为传感器受到的六维力在x方向上的力矩；所述式五中：My为传感器受到的六维力在y方向上的力矩；所述式六中：Mz为传感器受到的六维力在z方向上的力矩。
关 键 词：
法律状态：
IPC专利分类号：G01L5/16