專利名稱：直接輸出型機(jī)器人四維力與力矩傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于機(jī)械人的傳感器，尤其是涉及一種直接輸出型機(jī)器人四維力與力矩傳感器。
三、技術(shù)內(nèi)容技術(shù)問(wèn)題 本發(fā)明提供一種直接輸出型機(jī)器人四維力與力矩傳感器，這種結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)小型化，提高剛度和靈敏度，且具有誤差小，輸出信號(hào)無(wú)需解耦的優(yōu)點(diǎn)。
技術(shù)方案 一種用于機(jī)器人的直接輸出型機(jī)器人四維力與力矩傳感器，由中心軸1、力敏元件2和底座3組成，力敏元件2設(shè)在底座3上，力敏元件2由十字彈性梁21和浮動(dòng)梁22組成，浮動(dòng)梁22設(shè)在十字彈性梁21的端部且與十字彈性梁21垂直，在十字彈性梁21的每根彈性梁的兩側(cè)至少設(shè)有一對(duì)應(yīng)變片，在十字彈性梁21的上、下表面上至少設(shè)有一對(duì)應(yīng)變片。
有益效果 (1)本發(fā)明的力敏元件采用十字彈性梁以及在其端部垂直設(shè)置浮動(dòng)梁的技術(shù)方案，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，導(dǎo)致本發(fā)明具有尺寸小、靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)，尤其是本發(fā)明采取的這種簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的力敏元件可以作為一個(gè)整體一次加工成型，這就使本發(fā)明的剛度好、成本低、動(dòng)態(tài)性能好。此外，由于采用了浮動(dòng)梁結(jié)構(gòu)，該浮動(dòng)梁在不同方向上分別起著柔性梁和彈性支撐梁的作用，從而使各個(gè)方向的作用力不影響其他方向上作用力的效果，因此，該傳感器又具有誤差小、輸出信號(hào)無(wú)需解耦的優(yōu)點(diǎn)。(2)本發(fā)明采取的4對(duì)應(yīng)變片的4組半橋電路技術(shù)措施，使本發(fā)明可以以較少的應(yīng)變片實(shí)現(xiàn)誤差的進(jìn)一步減小。(3)本發(fā)明采取的8對(duì)應(yīng)變片的4組全橋電路的技術(shù)措施，可以進(jìn)一步減小誤差。
圖2是本發(fā)明力敏元件的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本發(fā)明十字彈性梁的俯視圖。
圖4是本發(fā)明十字彈性梁的仰視圖。
圖5是本發(fā)明X維力Ufx的半橋組橋電路。
圖6是本發(fā)明Y維力Ufy的半橋組橋電路。
圖7是本發(fā)明Z維力Ufz的半橋組橋電路。
圖8是本發(fā)明Z維力矩Utz的半橋組橋電路。
圖9是本發(fā)明X維力Ufz的全橋組橋電路。


圖10是本發(fā)明Y維力Ufy的全橋組橋電路。
圖11是本發(fā)明Z維力Ufz的全橋組橋電路。
圖12是本發(fā)明Z維力矩Utz的全橋組橋電路。
五、具體實(shí)施方案實(shí)施例1一種用于機(jī)器人的直接輸出型機(jī)器人四維力與力矩傳感器，由中心軸1、力敏元件2和底座3組成，力敏元件2設(shè)在底座3上，力敏元件2由十字彈性梁21和浮動(dòng)梁22組成，浮動(dòng)梁22設(shè)在十字彈性梁21的端部且與十字彈性梁21垂直，在十字彈性梁21的每根彈性梁的兩側(cè)至少設(shè)有一對(duì)應(yīng)變片，在十字彈性梁21的上、下表面上至少設(shè)有一對(duì)應(yīng)變片，上述力敏元件的結(jié)構(gòu)尺寸滿足以下關(guān)系d=(18~14)w,]]>h＝(4～8)w，其中，w為十字彈性梁的邊長(zhǎng)，d為浮動(dòng)梁的厚度，h為浮動(dòng)梁高度，在本實(shí)施例中(參照?qǐng)D4～圖7)，在十字彈性梁21的其中一根彈性梁的兩側(cè)設(shè)有一對(duì)應(yīng)變片R5和R6，且該對(duì)應(yīng)變片R5和R6位于彈性梁的端點(diǎn)與中心軸1邊緣之間的中點(diǎn)，在上述彈性梁的上、下表面上設(shè)有一對(duì)應(yīng)變片R9和R11且這對(duì)應(yīng)變片R9和R11也位于彈性梁的端點(diǎn)與中心軸1邊緣之間的中點(diǎn)，在十字彈性梁22的另一根彈性梁的兩側(cè)設(shè)有兩對(duì)應(yīng)變片R1、R2和R13、R14，這其中一對(duì)應(yīng)變片R1和R2位于彈性梁的端點(diǎn)與中心軸1邊緣之間的中點(diǎn)，這其中另一對(duì)應(yīng)變片R13和R14位于彈性梁上的靠近中心軸1的一端，上述其中一根彈性梁上的一對(duì)應(yīng)變片R5和R6或R8和R7與兩個(gè)固定電池R構(gòu)成Y維力Ufy的半橋組橋電路，同時(shí)位于二根彈性梁上、下表面上的一對(duì)應(yīng)變片R9和R11或R12和R10與兩個(gè)固定電阻構(gòu)成Z維力Ufz的半橋組橋電路，十字彈性梁21的另一根彈性梁上的兩對(duì)應(yīng)變片R1、R2和R13、R14或R4、R3和R15、R16與各自的兩個(gè)固定電路分別構(gòu)成X維力Ufx的半橋組橋電路和Z維力矩Utz的半橋組橋電路。
實(shí)施例2一種用于機(jī)器人的直接輸出型機(jī)器人四維力與力矩傳感器，由中心軸1、力敏元件2和底座3組成，力敏元件2設(shè)在底座3上，力敏元件2由十字彈性梁21和浮動(dòng)梁22組成，浮動(dòng)梁22設(shè)在十字彈性梁21的端部且與十字彈性梁21垂直，在十字彈性梁21的每根彈性梁的兩側(cè)至少設(shè)有一對(duì)應(yīng)變片，在十字彈性梁21的上、下表面上至少設(shè)有一對(duì)應(yīng)變片，在本實(shí)施例中(參照?qǐng)D8～圖11)，在十字彈性梁21的其中一根彈性梁的兩側(cè)設(shè)有兩對(duì)應(yīng)變片R5、R6和R7、R8且對(duì)稱分布于以中心軸1為對(duì)稱中心的中心軸1的兩側(cè)，該兩對(duì)應(yīng)變片R5、R6和R7、R8分別位于彈性梁端點(diǎn)與中心軸1邊緣之間的中點(diǎn)，在上述彈性梁的上、下表面設(shè)有兩對(duì)應(yīng)變片R9、R11和R10、R12且對(duì)稱分布于以中心軸1為對(duì)稱中心的中心軸1的兩側(cè)，該兩對(duì)應(yīng)變片R9、R11和R10、R12分別位于彈性梁端點(diǎn)與中心軸1邊緣之間的中點(diǎn)，在十字彈性梁22的另一根彈性梁的兩側(cè)設(shè)有四對(duì)應(yīng)變片R1與R2、R3與R4、R13與R14、R15與R16，其中的兩對(duì)應(yīng)變片R1與R2、R3與R4對(duì)稱分布于以中心軸1為對(duì)稱中心的中心軸1的兩側(cè)且分別位于彈性梁端點(diǎn)與中心軸1邊緣之間的中點(diǎn)，其中的另一對(duì)應(yīng)變片R13與R14、R15與R16也對(duì)稱分布于以中心軸1為對(duì)稱中心的中心軸1的兩側(cè)且位于彈性梁上的靠近中心軸1的一端，上述兩對(duì)應(yīng)變片Utz的全橋組橋電路。
權(quán)利要求
1.一種用于機(jī)器人的直接輸出型機(jī)器人四維力與力矩傳感器，由中心軸(1)、力敏元件(2)和底座(3)組成，力敏元件(2)設(shè)在底座(3)上，其特征在于力敏元件(2)由十字彈性梁(21)和浮動(dòng)梁(22)組成，浮動(dòng)梁(22)設(shè)在十字彈性梁(21)的端部且與十字架(21)垂直，在十字彈性梁(21)的每根彈性梁的兩側(cè)至少設(shè)有一對(duì)應(yīng)變片，在十字彈性梁(21)的上、下表面上至少設(shè)有一對(duì)應(yīng)變片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直接輸出型機(jī)器人四維力與力矩傳感器，其特征在于在十字彈性梁(21)的其中一根彈性梁的兩側(cè)設(shè)有一對(duì)應(yīng)變片(R5和R6)，且該對(duì)應(yīng)變片(R5和R6)位于彈性梁的端點(diǎn)與中心軸(1)邊緣之間的中點(diǎn)，在上述彈性梁的上、下表面上設(shè)有一對(duì)應(yīng)變片(R9和R11)且這對(duì)應(yīng)變片(R9和R11)也位于彈性梁的端點(diǎn)與中心軸(1)邊緣之間的中點(diǎn)，在十字彈性梁(21)的另一根彈性梁的兩側(cè)設(shè)有兩對(duì)應(yīng)變片(R1、R2和R13、R14)，這其中一對(duì)應(yīng)變片(R1和R2)位于彈性梁的端點(diǎn)與中心軸(1)邊緣之間的中點(diǎn)，這其中另一對(duì)應(yīng)變片(R13和R14)位于彈性梁上的靠近中心軸(1)的一端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直接輸出型機(jī)器人四維力與力矩傳感器，其特征在于在十字彈性梁(22)的其中一根彈性梁的兩側(cè)設(shè)有兩對(duì)應(yīng)變片(R5、R6和R7、R8)且對(duì)稱分布于以中心軸(1)為對(duì)稱中心的中心軸(1)的兩側(cè)，該兩對(duì)應(yīng)變片(R5、R6和R7、R8)分別位于彈性梁端點(diǎn)與中心軸(1)邊緣之間的中點(diǎn)，在上述彈性梁的上、下表面設(shè)有兩對(duì)應(yīng)變片(R9、R11和R10、R12)且對(duì)稱分布于以中心軸(1)為對(duì)稱中心的中心軸(1)的兩側(cè)，該兩對(duì)應(yīng)變片(R9、R11和R10、R12)分別位于彈性梁端點(diǎn)與中心軸(1)邊緣之間的中點(diǎn)，在十字彈性梁(21)的另一根彈性梁的兩側(cè)設(shè)有四對(duì)應(yīng)變片(R1與R2、R3與R4、R13與R14、R15與R16)，其中的兩對(duì)應(yīng)變片(R1與R2、R3與R4)對(duì)稱分布于以中心軸(1)為對(duì)稱中心的中心軸(1)的兩側(cè)且分別位于彈性梁端點(diǎn)與中心軸(1)邊緣之間的中點(diǎn)，其中的另一對(duì)應(yīng)變片(R13與R14、R15與R16)也對(duì)稱分布于以中心軸(1)為對(duì)稱中心的中心軸(1)的兩側(cè)且位于彈性梁上的靠近中心軸(1)的一端。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于機(jī)器人的直接輸出型機(jī)器人四維力與力矩傳感器，由中心軸、力敏元件和底座組成，力敏元件設(shè)在底座上，力敏元件由十字彈性梁和浮動(dòng)梁組成，浮動(dòng)梁設(shè)在十字彈性梁的端部且與十字彈性梁垂直，在十字彈性梁的每根彈性梁的兩側(cè)至少設(shè)有一對(duì)應(yīng)變片，在十字彈性梁的上、下表面上至少設(shè)有一對(duì)應(yīng)變片。本發(fā)明的力敏元件采用十字彈性梁以及在其端部垂直設(shè)置浮動(dòng)梁的技術(shù)方案，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，導(dǎo)致本發(fā)明具有尺寸小、靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)，尤其是本發(fā)明采取的這種簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的力敏元件可以作為一個(gè)整體一次加工成型，這就使本發(fā)明的剛度好、成本低、動(dòng)態(tài)性能好。此外，本發(fā)明還具有誤差小、輸出信號(hào)無(wú)需解耦的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01L1/22GK1425903SQ03112680
公開(kāi)日2003年6月25日 申請(qǐng)日期2003年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月15日
發(fā)明者宋愛(ài)國(guó), 黃惟一, 曹效英, 吳涓, 秦崗, 王愛(ài)民, 費(fèi)樹(shù)岷 申請(qǐng)人:東南大學(xué)