一種具有過(guò)載保護(hù)功能的十字梁式六維力傳感器的制造方法
【專利摘要】一種具有過(guò)載保護(hù)功能的十字梁式六維力傳感器，它涉及一種六維力傳感器，以解決現(xiàn)有六維力傳感器采用螺釘方式來(lái)實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)，間隙精度和過(guò)載后整個(gè)傳感器的強(qiáng)度及剛度難以保證的問題。四個(gè)內(nèi)梁和四個(gè)過(guò)載保護(hù)梁沿內(nèi)環(huán)的外壁均布交錯(cuò)設(shè)置，四個(gè)外梁設(shè)置在四個(gè)內(nèi)梁的外側(cè)，四個(gè)外梁與四個(gè)內(nèi)梁一一對(duì)應(yīng)設(shè)置，每個(gè)過(guò)載保護(hù)梁的外側(cè)對(duì)應(yīng)設(shè)置有一個(gè)外環(huán)，相鄰兩個(gè)外環(huán)之間設(shè)置有一個(gè)外梁，外梁的兩端各通過(guò)一個(gè)連接板與外環(huán)固定連接，保護(hù)銷與過(guò)載保護(hù)梁通孔為過(guò)盈配合，保護(hù)銷與外環(huán)工藝通孔為間隙配合，每個(gè)內(nèi)梁的兩側(cè)面上各粘貼有兩個(gè)電阻應(yīng)變片，每個(gè)外梁上端面的兩側(cè)各粘貼有兩個(gè)電阻應(yīng)變片。本發(fā)明用于工業(yè)自動(dòng)化、汽車、造船、軍工或機(jī)器人上。
【專利說(shuō)明】一種具有過(guò)載保護(hù)功能的十字梁式六維力傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種六維力傳感器，具體涉及一種具有過(guò)載保護(hù)功能的十字梁式六維力傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)越來(lái)越多的被應(yīng)用于各種場(chǎng)合，如搬運(yùn)、焊接、裝配等。機(jī)器人技術(shù)的一個(gè)核心問題是智能化，六維力傳感器因能同時(shí)感知三維空間中的全力信息，是作為空間機(jī)器人智能化特征的一個(gè)關(guān)鍵部件。六維力傳感器的核心是彈性體的設(shè)計(jì)，彈性體的結(jié)構(gòu)直接決定著整個(gè)傳感器的性能，是傳感器性能優(yōu)劣的關(guān)鍵。
[0003]六維力傳感器的過(guò)載保護(hù)直接關(guān)系到六維力傳感器的使用及安全，一直以來(lái)是備受研究的焦點(diǎn)問題，但迄今沒有一個(gè)較好的解決方法。如專利CN101419102A，CN101210850A等六維力傳感器并沒有過(guò)載保護(hù)功能。由中科院合肥智能所、東南大學(xué)和哈爾濱工業(yè)大學(xué)聯(lián)合研制的SAFMS系列六維力傳感器，采用螺釘方式來(lái)實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)，但較難保證間隙精度和過(guò)載后整個(gè)傳感器的強(qiáng)度及剛度。
[0004]現(xiàn)有的六維力傳感器普遍存在靈敏度低、剛度小、維間耦合大、無(wú)過(guò)載保護(hù)等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有六維力傳感器采用螺釘方式來(lái)實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)，間隙精度和過(guò)載后整個(gè)傳感器的強(qiáng)度及剛度難以保證的問題，而提供一種具有過(guò)載保護(hù)功能的十字梁式六維力傳感器。
[0006]本發(fā)明的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的:
[0007]—種具有過(guò)載保護(hù)功能的十字梁式六維力傳感器包括內(nèi)環(huán)、四個(gè)內(nèi)梁、四個(gè)過(guò)載保護(hù)梁、四個(gè)外環(huán)、四個(gè)外梁、四個(gè)保護(hù)銷、八個(gè)連接板和三十二個(gè)電阻應(yīng)變片，四個(gè)內(nèi)梁和四個(gè)過(guò)載保護(hù)梁沿內(nèi)環(huán)的外壁均布交錯(cuò)設(shè)置，四個(gè)外梁設(shè)置在四個(gè)內(nèi)梁的外側(cè)，四個(gè)外梁與四個(gè)內(nèi)梁一一對(duì)應(yīng)設(shè)置，且外梁與其對(duì)應(yīng)的內(nèi)梁固定連接，每個(gè)過(guò)載保護(hù)梁的外側(cè)對(duì)應(yīng)設(shè)置有一個(gè)外環(huán)，相鄰兩個(gè)外環(huán)之間設(shè)置有一個(gè)外梁，外梁的兩端各通過(guò)一個(gè)連接板與外環(huán)固定連接，每個(gè)外環(huán)的上下端面設(shè)有兩個(gè)外環(huán)通孔，內(nèi)環(huán)的上下端面上沿同一圓周均布設(shè)置八個(gè)內(nèi)環(huán)通孔，且每個(gè)內(nèi)環(huán)通孔位于相鄰的外環(huán)與外梁之間，每個(gè)過(guò)載保護(hù)梁的內(nèi)外端面上設(shè)有一個(gè)過(guò)載保護(hù)梁通孔，內(nèi)環(huán)上設(shè)有與過(guò)載保護(hù)梁通孔相通的內(nèi)環(huán)工藝通孔，每個(gè)外環(huán)上設(shè)有與過(guò)載保護(hù)梁通孔正對(duì)的外環(huán)工藝通孔，每個(gè)保護(hù)銷的一端分別從對(duì)應(yīng)的外環(huán)工藝通孔中穿過(guò)并固定在對(duì)應(yīng)的過(guò)載保護(hù)梁通孔中，保護(hù)銷與過(guò)載保護(hù)梁通孔為過(guò)盈配合，保護(hù)銷與外環(huán)工藝通孔為間隙配合，每個(gè)內(nèi)梁的兩側(cè)面上各粘貼有兩個(gè)電阻應(yīng)變片，且兩側(cè)面上的電阻應(yīng)變片以內(nèi)梁的中心線對(duì)稱布置，每個(gè)外梁上端面的兩側(cè)各粘貼有兩個(gè)電阻應(yīng)變片，且兩側(cè)的電阻應(yīng)變片以內(nèi)梁的中心線對(duì)稱布置。
[0008]本發(fā)明具有以下有益效果:[0009]一、本發(fā)明在過(guò)載保護(hù)梁及外梁上均開有與保護(hù)銷配合的保護(hù)孔，且保護(hù)銷與過(guò)載保護(hù)梁通孔為過(guò)盈配合、與外環(huán)工藝通孔為間隙配合，間隙的大小可以調(diào)整，由過(guò)載要求而定，因此，本發(fā)明采用保護(hù)銷來(lái)實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)，相比采用螺釘方式來(lái)實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)，具有剛度大，間隙可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)。
[0010]二、本發(fā)明采用在十字梁彈性體上粘貼有32片電阻應(yīng)變片，32片電阻應(yīng)變片共組成八組全橋，其中有兩組全橋作為冗余備份。采用全橋方式不僅可以提高靈敏度而且可以起到溫度補(bǔ)償?shù)男Ч?br> [0011]三、本發(fā)明X軸上的兩個(gè)內(nèi)梁和外梁相對(duì)于Y軸采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)，Y軸上的兩個(gè)內(nèi)梁和外梁相對(duì)于X軸采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)，這種對(duì)稱結(jié)構(gòu)消除了徑向測(cè)力對(duì)軸向測(cè)力的干擾，提高了傳感器的剛度和動(dòng)態(tài)性能，減小了重復(fù)誤差，保證了傳感器的測(cè)量精度。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是本發(fā)明的具有過(guò)載保護(hù)功能的十字梁式六維力傳感器的整體主視圖；
[0013]圖2是本發(fā)明的具有過(guò)載保護(hù)功能的十字梁式六維力傳感器的四分之三部分結(jié)構(gòu)立體圖；
[0014]圖3是應(yīng)變片R21、應(yīng)變片R22、應(yīng)變片R31和應(yīng)變片R32組成的電橋圖；
[0015]圖4是應(yīng)變片R19、應(yīng)變片R20、應(yīng)變片R25和應(yīng)變片R26組成的電橋圖；
[0016]圖5是應(yīng)變片R1、應(yīng)變片R2、應(yīng)變片Rll和應(yīng)變片R12組成的電橋圖；
[0017]圖6是應(yīng)變片R7、應(yīng)變片R8、應(yīng)變片R13和應(yīng)變片R14組成的電橋圖；
[0018]圖7是應(yīng)變片R3、應(yīng)變片R4、應(yīng)變片R9和應(yīng)變片R14組成的電橋圖；
[0019]圖8是應(yīng)變片R5、應(yīng)變片R6、應(yīng)變片R15和應(yīng)變片R16組成的電橋圖；
[0020]圖9是應(yīng)變片R17、應(yīng)變片R18、應(yīng)變片R27和應(yīng)變片R28組成的電橋圖；
[0021]圖10是應(yīng)變片R23、應(yīng)變片R24、應(yīng)變片R29和應(yīng)變片R30組成的電橋圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]【具體實(shí)施方式】一:結(jié)合圖1和圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式包括內(nèi)環(huán)1、四個(gè)內(nèi)梁2、四個(gè)過(guò)載保護(hù)梁3、四個(gè)外環(huán)4、四個(gè)外梁5、四個(gè)保護(hù)銷7、八個(gè)連接板6和三十二個(gè)電阻應(yīng)變片8，四個(gè)內(nèi)梁2和四個(gè)過(guò)載保護(hù)梁3沿內(nèi)環(huán)I的外壁均布交錯(cuò)設(shè)置，四個(gè)外梁5設(shè)置在四個(gè)內(nèi)梁2的外側(cè)，四個(gè)外梁5與四個(gè)內(nèi)梁2 —一對(duì)應(yīng)設(shè)置，且外梁5與其對(duì)應(yīng)的內(nèi)梁2固定連接，每個(gè)過(guò)載保護(hù)梁3的外側(cè)對(duì)應(yīng)設(shè)置有一個(gè)外環(huán)4，相鄰兩個(gè)外環(huán)4之間設(shè)置有一個(gè)外梁5，外梁5的兩端各通過(guò)一個(gè)連接板6與外環(huán)4固定連接，每個(gè)外環(huán)4的上下端面設(shè)有兩個(gè)外環(huán)通孔4-1，內(nèi)環(huán)I的上下端面上沿同一圓周均布設(shè)置八個(gè)內(nèi)環(huán)通孔1-1，且每個(gè)內(nèi)環(huán)通孔1-1位于相鄰的外環(huán)4與外梁5之間，每個(gè)過(guò)載保護(hù)梁3的內(nèi)外端面上設(shè)有一個(gè)過(guò)載保護(hù)梁通孔3-1，內(nèi)環(huán)I上設(shè)有與過(guò)載保護(hù)梁通孔3-1相通的內(nèi)環(huán)工藝通孔1-2，內(nèi)環(huán)工藝通孔1-2便于保護(hù)銷取出，每個(gè)外環(huán)4上設(shè)有與過(guò)載保護(hù)梁通孔3-1正對(duì)的外環(huán)工藝通孔4-2，每個(gè)保護(hù)銷7的一端分別從對(duì)應(yīng)的外環(huán)工藝通孔4-2中穿過(guò)并固定在對(duì)應(yīng)的過(guò)載保護(hù)梁通孔3-1中，保護(hù)銷7與過(guò)載保護(hù)梁通孔3-1為過(guò)盈配合，保護(hù)銷7與外環(huán)工藝通孔4-2為間隙配合，每個(gè)內(nèi)梁2的兩側(cè)面上各粘貼有兩個(gè)電阻應(yīng)變片8，且兩側(cè)面上的電阻應(yīng)變片8以內(nèi)梁2的中心線對(duì)稱布置，每個(gè)外梁5上端面的兩側(cè)各粘貼有兩個(gè)電阻應(yīng)變片8，且兩側(cè)的電阻應(yīng)變片8以內(nèi)梁2的中心線對(duì)稱布置。32個(gè)應(yīng)變片8組成八組測(cè)量電橋(見圖3?圖10)，并實(shí)現(xiàn)將力信息轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)，通過(guò)標(biāo)定、解耦，可以對(duì)六維力信息同時(shí)感知。每個(gè)外環(huán)4上的兩個(gè)外環(huán)通孔4-1相對(duì)于外環(huán)工藝通孔4-2的軸線對(duì)稱設(shè)置。
[0023]【具體實(shí)施方式】二:結(jié)合圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的外環(huán)工藝通孔4-2的內(nèi)徑D的確定:在有限元分析軟件中分別計(jì)算出Fx、Fz, Mx和Mz的額定載荷下，保護(hù)銷7相對(duì)于外環(huán)工藝通孔4-2沿徑向方向的最大位移分別為S1、S2、S3和S4，取其中最小的位移設(shè)S0=min {S1、S2、S3、S4}，并設(shè)六維力傳感器在該最小位移工況下的過(guò)載倍數(shù)為X，則保護(hù)銷7的外徑DO與最小位移SO的X倍的和為外環(huán)工藝通孔4-2的內(nèi)徑D，即D=D0+x*S0。Fx為沿X軸的切向力、Fz為沿Z軸的軸向力、Mx為繞X軸的彎矩、Mz為繞Z軸的扭矩。保護(hù)銷7的外圓柱面與外環(huán)工藝通孔4-2的內(nèi)圓柱面之間形成環(huán)狀間隙，對(duì)于不同的工況，間隙的變化量也不同，使傳感器既有工作余量，又可以避免由于過(guò)載而造成損壞。其它組成及連接關(guān)系與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0024]【具體實(shí)施方式】三:結(jié)合圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的每個(gè)相對(duì)應(yīng)的內(nèi)環(huán)工藝通孔1-2、過(guò)載保護(hù)梁通孔3-1及外環(huán)工藝通孔4-2的軸線為同一條線。其它組成及連接關(guān)系與【具體實(shí)施方式】一或二相同。
[0025]【具體實(shí)施方式】四:結(jié)合圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的內(nèi)環(huán)工藝通孔1-2的直徑小于過(guò)載保護(hù)梁通孔3-1的直徑，過(guò)載保護(hù)梁通孔3-1的直徑小于外環(huán)工藝通孔4-2的直徑。以便保護(hù)銷與過(guò)載保護(hù)梁通孔3-1形成間隙，進(jìn)而起到過(guò)載保護(hù)作用。其它組成及連接關(guān)系與【具體實(shí)施方式】三相同。
[0026]【具體實(shí)施方式】五:結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的外梁5上的十六個(gè)電阻應(yīng)變片8的粘貼位置:設(shè)外梁5上的電阻應(yīng)變片8分別為應(yīng)變片R1、應(yīng)變片R2、應(yīng)變片R3、應(yīng)變片R4、應(yīng)變片R5、應(yīng)變片R6、應(yīng)變片R7、應(yīng)變片R8、應(yīng)變片R9、應(yīng)變片R10、應(yīng)變片R11、應(yīng)變片R12、應(yīng)變片R13、應(yīng)變片R14、應(yīng)變片R15和應(yīng)變片R16，上方的外梁5上由左至右依次粘貼有應(yīng)變片RU應(yīng)變片R2、應(yīng)變片R3和應(yīng)變片R4，下方的外梁5上由右至左依次粘貼有應(yīng)變片R9、應(yīng)變片R10、應(yīng)變片Rll和應(yīng)變片R12，左側(cè)的外梁5上由下至上依次粘貼有應(yīng)變片R13、應(yīng)變片R14、應(yīng)變片R15和應(yīng)變片R16，右側(cè)的外梁5上由上至下依次粘貼有應(yīng)變片R5、應(yīng)變片R6、應(yīng)變片R7和應(yīng)變片R8。應(yīng)變片Rl?R16的初始電阻值相等。其它組成及連接關(guān)系與【具體實(shí)施方式】四相同。
[0027]【具體實(shí)施方式】六:結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是由應(yīng)變片R3、R4、R9、RlO組成一個(gè)惠斯通全橋，見圖7，用于測(cè)量X方向彎矩，由應(yīng)變片R5、R6、R15、R16組成一個(gè)惠斯通全橋，見圖8，用于測(cè)量Y方向彎矩；由應(yīng)變片R1、R2、R11、R12組成一個(gè)惠斯通全橋，見圖5，由應(yīng)變片R7、R8、R13、R14組成另一個(gè)惠斯通全橋，見圖6，應(yīng)變片Rl、R2、R11、R12組成的惠斯通全橋和應(yīng)變片R7、R8、R13、R14組成的惠斯通全橋均用于測(cè)量Z方向軸向力的電橋。其它組成及連接關(guān)系與【具體實(shí)施方式】五相同。
[0028]【具體實(shí)施方式】七:結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的內(nèi)梁2上的十六個(gè)電阻應(yīng)變片8的粘貼位置:設(shè)內(nèi)梁2上的電阻應(yīng)變片8分別為應(yīng)變片R17、應(yīng)變片R18、應(yīng)變片R19、應(yīng)變片R20、應(yīng)變片R21、應(yīng)變片R22、應(yīng)變片R23、應(yīng)變片R24、應(yīng)變片R25、應(yīng)變片R26、應(yīng)變片R27、應(yīng)變片R28、應(yīng)變片R29、應(yīng)變片R30、應(yīng)變片R31和應(yīng)變片R32，上方的內(nèi)梁2左側(cè)由上至下依次粘貼有應(yīng)變片R31和應(yīng)變片R32，上方的內(nèi)梁2右側(cè)由上至下依次粘貼有應(yīng)變片R29和應(yīng)變片R30，下方的內(nèi)梁2左側(cè)由上至下依次粘貼有應(yīng)變片R21和應(yīng)變片R22，下方的內(nèi)梁2右側(cè)由上至下依次粘貼有應(yīng)變片R23和應(yīng)變片R24，左側(cè)的內(nèi)梁2上方由左至右依次粘貼有應(yīng)變片R17和應(yīng)變片R18，左側(cè)的內(nèi)梁2下方由左至右依次粘貼有應(yīng)變片R19和應(yīng)變片R20，右側(cè)的內(nèi)梁2上方由左至右依次粘貼有應(yīng)變片R27和應(yīng)變片R28，右側(cè)的內(nèi)梁2下方由左至右依次粘貼有應(yīng)變片R25和應(yīng)變片R26。應(yīng)變片R17?R32的初始電阻值相等。其它組成及連接關(guān)系與【具體實(shí)施方式】六相同。
[0029]【具體實(shí)施方式】八:結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是由應(yīng)變片R21、R22、R31、R32組成一個(gè)惠斯通全橋，見圖3，用于測(cè)量X方向切向力；由應(yīng)變片R19、R20、R25、R26組成一個(gè)惠斯通全橋，見圖4，用于測(cè)量Y方向切向力；由應(yīng)變片R17、R18、R27、R28組成一個(gè)惠斯通全橋，見圖9，由應(yīng)變片R23、R24、R29、R30組成另一個(gè)惠斯通全橋，見圖10，應(yīng)變片R17、R18、R27、R28組成的惠斯通全橋和應(yīng)變片R23、R24、R29、R30組成的惠斯通全橋均用于測(cè)量Z方向扭矩的電橋。其它組成及連接關(guān)系與【具體實(shí)施方式】七相同。
[0030]【具體實(shí)施方式】九:結(jié)合圖1和圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的內(nèi)環(huán)1、四個(gè)內(nèi)梁2、四個(gè)過(guò)載保護(hù)梁3、四個(gè)外環(huán)4、四個(gè)外梁5和八個(gè)連接板6制成一體。其它組成及連接關(guān)系與【具體實(shí)施方式】八相同。
[0031]【具體實(shí)施方式】十:結(jié)合圖1和圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的內(nèi)環(huán)1、內(nèi)梁2、過(guò)載保護(hù)梁3、外環(huán)4、外梁5和連接板6的材質(zhì)均為硬鋁合金或不銹鋼。其它組成及連接關(guān)系與【具體實(shí)施方式】九相同。
【權(quán)利要求】
1.一種具有過(guò)載保護(hù)功能的十字梁式六維力傳感器，其特征在于:所述具有過(guò)載保護(hù)功能的十字梁式六維力傳感器包括內(nèi)環(huán)(I)、四個(gè)內(nèi)梁(2)、四個(gè)過(guò)載保護(hù)梁(3)、四個(gè)外環(huán)(4)、四個(gè)外梁(5)、四個(gè)保護(hù)銷(7)、八個(gè)連接板(6)和三十二個(gè)電阻應(yīng)變片(8)，四個(gè)內(nèi)梁(2)和四個(gè)過(guò)載保護(hù)梁(3)沿內(nèi)環(huán)(I)的外壁均布交錯(cuò)設(shè)置，四個(gè)外梁(5)設(shè)置在四個(gè)內(nèi)梁(2)的外側(cè)，四個(gè)外梁(5)與四個(gè)內(nèi)梁(2)——對(duì)應(yīng)設(shè)置，且外梁(5)與其對(duì)應(yīng)的內(nèi)梁(2)固定連接，每個(gè)過(guò)載保護(hù)梁(3)的外側(cè)對(duì)應(yīng)設(shè)置有一個(gè)外環(huán)(4)，相鄰兩個(gè)外環(huán)(4)之間設(shè)置有一個(gè)外梁(5)，外梁(5)的兩端各通過(guò)一個(gè)連接板(6)與外環(huán)(4)固定連接，每個(gè)外環(huán)(4)的上下端面設(shè)有兩個(gè)外環(huán)通孔(4-1)，內(nèi)環(huán)(I)的上下端面上沿同一圓周均布設(shè)置八個(gè)內(nèi)環(huán)通孔(1-1)，且每個(gè)內(nèi)環(huán)通孔(1-1)位于相鄰的外環(huán)(4)與外梁(5)之間，每個(gè)過(guò)載保護(hù)梁(3 )的內(nèi)外端面上設(shè)有一個(gè)過(guò)載保護(hù)梁通孔(3-1)，內(nèi)環(huán)(I)上設(shè)有與過(guò)載保護(hù)梁通孔(3-1)相通的內(nèi)環(huán)工藝通孔(1-2)，每個(gè)外環(huán)(4)上設(shè)有與過(guò)載保護(hù)梁通孔(3-1)正對(duì)的外環(huán)工藝通孔(4-2 )，每個(gè)保護(hù)銷(7 )的一端分別從對(duì)應(yīng)的外環(huán)工藝通孔(4-2 )中穿過(guò)并固定在對(duì)應(yīng)的過(guò)載保護(hù)梁通孔(3-1)中，保護(hù)銷(7)與過(guò)載保護(hù)梁通孔(3-1)為過(guò)盈配合，保護(hù)銷(7 )與外環(huán)工藝通孔(4-2 )為間隙配合，每個(gè)內(nèi)梁(2 )的兩側(cè)面上各粘貼有兩個(gè)電阻應(yīng)變片(8)，且兩側(cè)面上的電阻應(yīng)變片(8)以內(nèi)梁(2)的中心線對(duì)稱布置，每個(gè)外梁(5)上端面的兩側(cè)各粘貼有兩個(gè)電阻應(yīng)變片(8)，且兩側(cè)的電阻應(yīng)變片(8)以內(nèi)梁(2)的中心線對(duì)稱布置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種具有過(guò)載保護(hù)功能的十字梁式六維力傳感器，其特征在于:外環(huán)工藝通孔(4-2)的內(nèi)徑D的確定:在有限元分析軟件中分別計(jì)算出Fx、Fz、Mx和Mz的額定載荷下，保護(hù)銷(7)相對(duì)于外環(huán)工藝通孔(4-2)沿徑向方向的最大位移分別為S1、S2、S3和S4，取其中最小的位移設(shè)SO=min {S1、S2、S3、S4}，并設(shè)六維力傳感器在該最小位移工況下的過(guò)載倍數(shù)為X，則保護(hù)銷(7)的外徑DO與最小位移SO的X倍的和為外環(huán)工藝通孔(4-2)的內(nèi)徑 D，即 D =D0+x*S0。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述一種具有過(guò)載保護(hù)功能的十字梁式六維力傳感器，其特征在于:每個(gè)相對(duì)應(yīng)的內(nèi)環(huán)工藝通孔(1-2)、過(guò)載保護(hù)梁通孔(3-1)及外環(huán)工藝通孔(4-2)的軸線為同一條線。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種具有過(guò)載保護(hù)功能的十字梁式六維力傳感器，其特征在于:內(nèi)環(huán)工藝通孔(1-2)的直徑小于過(guò)載保護(hù)梁通孔(3-1)的直徑，過(guò)載保護(hù)梁通孔(3-1)的直徑小于外環(huán)工藝通孔(4-2)的直徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或4所述具有過(guò)載保護(hù)功能的十字梁式六維力傳感器，其特征在于:所述外梁(5)上的十六個(gè)電阻應(yīng)變片(8)的粘貼位置:設(shè)外梁(5)上的電阻應(yīng)變片(8)分別為應(yīng)變片RU應(yīng)變片R2、應(yīng)變片R3、應(yīng)變片R4、應(yīng)變片R5、應(yīng)變片R6、應(yīng)變片R7、應(yīng)變片R8、應(yīng)變片R9、應(yīng)變片R10、應(yīng)變片R11、應(yīng)變片R12、應(yīng)變片R13、應(yīng)變片R14、應(yīng)變片R15和應(yīng)變片R16，上方的外梁5上由左至右依次粘貼有應(yīng)變片R1、應(yīng)變片R2、應(yīng)變片R3和應(yīng)變片R4，下方的外梁5上由右至左依次粘貼有應(yīng)變片R9、應(yīng)變片R10、應(yīng)變片Rll和應(yīng)變片R12，左側(cè)的外梁5上由下至上依次粘貼有應(yīng)變片R13、應(yīng)變片R14、應(yīng)變片R15和應(yīng)變片R16，右側(cè)的外梁5上由上至下依次粘貼有應(yīng)變片R5、應(yīng)變片R6、應(yīng)變片R7和應(yīng)變片R8。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種具有過(guò)載保護(hù)功能的十字梁式六維力傳感器，其特征在于:由應(yīng)變片R3、R4、R9、RlO組成一個(gè)惠斯通全橋，由應(yīng)變片R5、R6、R15、R16組成一個(gè)惠斯通全橋，由應(yīng)變片Rl、R2、R11、Rl2組成一個(gè)惠斯通全橋，由應(yīng)變片R7、R8、R13、R14組成另一個(gè)惠斯通全橋。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述一種具有過(guò)載保護(hù)功能的十字梁式六維力傳感器，其特征在于:所述內(nèi)梁(2)上的十六個(gè)電阻應(yīng)變片(8)的粘貼位置:設(shè)內(nèi)梁(2)上的電阻應(yīng)變片(8)分別為應(yīng)變片R17、應(yīng)變片R18、應(yīng)變片R19、應(yīng)變片R20、應(yīng)變片R21、應(yīng)變片R22、應(yīng)變片R23、應(yīng)變片R24、應(yīng)變片R25、應(yīng)變片R26、應(yīng)變片R27、應(yīng)變片R28、應(yīng)變片R29、應(yīng)變片R30、應(yīng)變片R31和應(yīng)變片R32，上方的內(nèi)梁(2)左側(cè)由上至下依次粘貼有應(yīng)變片R31和應(yīng)變片R32，上方的內(nèi)梁(2)右側(cè)由上至下依次粘貼有應(yīng)變片R29和應(yīng)變片R30，下方的內(nèi)梁(2)左側(cè)由上至下依次粘貼有應(yīng)變片R21和應(yīng)變片R22，下方的內(nèi)梁(2)右側(cè)由上至下依次粘貼有應(yīng)變片R23和應(yīng)變片R24，左側(cè)的內(nèi)梁(2)上方由左至右依次粘貼有應(yīng)變片R17和應(yīng)變片R18，左側(cè)的內(nèi)梁(2)下方由左至右依次粘貼有應(yīng)變片R19和應(yīng)變片R20，右側(cè)的內(nèi)梁(2)上方由左至右依次粘貼有應(yīng)變片R27和應(yīng)變片R28，右側(cè)的內(nèi)梁(2)下方由左至右依次粘貼有應(yīng)變片R25和應(yīng)變片R26。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述一種具有過(guò)載保護(hù)功能的十字梁式六維力傳感器，其特征在于:由應(yīng)變片R21、R22、R31、R32組成一個(gè)惠斯通全橋，由應(yīng)變片R19、R20、R25、R26組成一個(gè)惠斯通全橋，由應(yīng)變片R17、R18、R27、R28組成一個(gè)惠斯通全橋，由應(yīng)變片R23、R24、R29、R30組成另一個(gè)惠斯通全橋。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述一種具有過(guò)載保護(hù)功能的十字梁式六維力傳感器，其特征在于:所述內(nèi)環(huán)(1)、四個(gè)內(nèi)梁(2)、四個(gè)過(guò)載保護(hù)梁(3)、四個(gè)外環(huán)(4)、四個(gè)外梁(5)和八個(gè)連接板(6)制成一體。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述一種具有過(guò)載保護(hù)功能的十字梁式六維力傳感器，其特征在于:所述內(nèi)環(huán)(I)、內(nèi)梁(2)、過(guò)載保護(hù)梁(3)、外環(huán)(4)、外梁(5)和連接板(6)的材質(zhì)均為硬鋁合金或不銹鋼。
【文檔編號(hào)】G01L1/22GK103528726SQ201310533608
【公開日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年11月1日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月1日
【發(fā)明者】劉伊威, 孫永軍, 劉宏, 鄒添, 倪風(fēng)雷, 胡志勇 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)