專利名稱：六分量力和力矩傳感器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種六分量力和力矩傳感器，屬傳感器類。
六分量力和力矩傳感器能同時測量直角坐標系中的三個力分量Fx、Fy、Fz和三個力矩分量Mx、My、Mz。多分量力和力矩傳感器根據可測力和力矩分量的數目可以分為二、三、四、五、六分量力和力矩傳感器。其中功能最強的是六分量力和力矩傳感器。現有技術六分量力和力矩傳感器因在一個結構上完成六個分量的測量，為了解決其獨立測量和解耦問題，往往采用過多的柔性結構。敏感元件所測的應變遠不是彈性體結構中應變最大部位的應變，因而分量間耦合大、靈敏度低且剛性差，如4,448,083號美國專利。本實用新型提出的傳感器結構把二個結構組成在一起，每個結構測量三個分量，減少了分量間耦合提高了靈敏度，使剛性改善。
本實用新型的特征是，傳感器彈性體由盤體和筒體二部分構成，每一部分測三個分量。盤體部分包括中心塊，外環及連接上述兩部分的四根成十字形分布的扁平梁。在扁平梁的上下二個面上貼有應變片可以測量加在中心塊上的力FZ和力矩Mx、My。筒體部分由上環、下環以及連接上環和下環的四個在邊緣對稱分布的豎梁組成。每一豎梁由彈性梁和薄壁梁構成，豎梁上有孔，豎梁這一部分是二個平行的應變梁。在平行應變梁上貼有應變片可測量加在上環的力Fx、Fy和力矩Mz。薄壁梁的徑向厚度比切向長度小得多，因此在徑向是柔性的，而在切向是剛性的，其作用是提高靈敏度。通常盤體和筒體二部分可以單獨加工后焊接起來，也可以把二部分作為一個整體來加工，后者加工難度較大，但性能好。上述結構中的中心塊通常作為傳感器的加力端，而筒體下環則作為傳感器基座，但這二部分是可以互換的，即亦可以把中心塊作為基座，而把下環作為加力端。六分量力和力矩傳感器少用一些應變片，可以做成二、三、四、五分量力和力矩傳感器。
以下結合附圖加以說明，
圖1中，10—盤體的中心塊；20—盤體外環，同時也是筒體的上環；30—筒體的下環；11、12、13和14—盤體的四根扁平梁；21、22、23和24—筒體的豎梁；25、26、27和28—薄壁梁；31、32、33和34—平行應變梁。盤體部分由中心塊10、盤體外環20及連接上述兩部分的四根扁平梁11、12、13和14構成。四根扁平梁11、12、13和14互相垂直，在其上下二個面上貼有應變片，能夠測量扁平梁的應變。當中心塊10受到Z方向力的作用時，通過扁梁11、12、13和14上應變片構成的橋路可以測量Fz的方向和大小，當中心塊10受到x方向力矩作用時，通過扁梁12、14上的應變片構成的橋路可以測量Mx的方向和大小。當中心塊10受到Y方向力矩作用時，通過扁梁11、13上的應變片構成的橋路可以測量My的方向和大小。盤體部分對于Fx、Fy和Mz有很好的剛性，能很好地把其作用傳遞到筒體上，而且在扁梁11、12、13和14上的應變片構成的橋路在原理上Fx、Fy和Mz不會造成橋路輸出；當中心塊10受到X方向力作用時，筒體平行應變梁32、34上的應變片構成的橋路可以測量Fx的方向和大小。因為薄壁梁26、28沿X方向剛性大，而薄壁梁25、27沿X方向剛性小，因此平行應變梁32、34應變大，即橋路測量Fx的靈敏度高。結構是對稱的，測Fy原理相同。在中心塊受到Z軸方向的力矩時，通過平行應變梁31、32、33、34上的應變片構成的橋路可以測量Mz，而且筒體對于Mx、My、Fz有很好的剛性。綜上所述，可以通過盤體和筒體的二個結構的結合測量六個分量。
由于本實用新型采用盤體和筒體二部分來測量力和力矩，盤體部分測量Mx、My和Fz，且盤體部分對Fx、Fy、Mz剛性好；筒體部分測量Fx、Fy和Mz且對于Mx、My、Fz剛性好。因此整個傳感器分量間耦合小，靈敏度高，剛性好。
本實用新型的外型包絡可以是圓形、方形或其它對稱形狀，其中圓形加工比較容易。豎梁上的孔可以是矩形孔、圓孔或連通的雙孔，單孔容易加工，雙孔加工較難，但性能更好。
權利要求1.一種由盤體和筒體二部分結合而成的六分量力和力矩傳感器，其特征是盤體包括中心塊(10)、外環(20)和連接上述中心塊和外環的四根扁平梁(11、12、13、14)；筒體包括上環(20)、下環(30)和連接上環和下環的四根豎梁(21、22、23、24)；每一豎梁(21、22、23、24)由薄壁梁(25、26、27、28)及平行應變梁(31、32、33、34)構成，盤體外環和筒體上環(20)結合為一體，中心塊(10)和下環(30)可以分別作為加力端或基座。
2.如權利1所述的傳感器，其特征是盤體和筒體為分別加工后焊成為一體。
3.如權利要求1和權利要求2所述的傳感器，其特征是外形包絡可以是圓柱形、方柱形或其他對稱形狀。
4.如權利要求1和權利要求2所述的傳感器，其特征是平行應變梁的中間孔的形狀可以是矩形、圓形和其它對稱形狀。
5.如權利要求1和權利要求2所述的傳感器其特征是減少應變、片構成橋路的數量，可以做成二、三、四、五分量力和力矩傳感器。
專利摘要六分量力和力矩傳感器屬傳感器類。本實用新型由盤體和筒體二部分結合構成。盤體包括中心塊、外環和四根扁平梁；筒體包括上環、下環和四根豎梁。每一豎梁包括薄壁梁和平行應變梁。盤體外環和筒體上環通過焊接或其它方式相結合。也可以做成一個整體。本實用新型具有分量間耦合小，靈敏度高和剛性好，易于加工的優點。六分量力和力矩傳感器可用于機器人、航空、航天、交通運輸工具、機床及各種測控設備中。
文檔編號G01L3/00GK2233081SQ95202750
公開日1996年8月14日 申請日期1995年2月12日 優先權日1995年2月12日
發明者易秀芳, 王容川 申請人:易秀芳
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
