CN102338615B - 一种基于力传感的碰撞位置检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于力传感的碰撞位置检测装置，用于检测刚性物体碰向一探杆时的碰撞位置。检测装置由探杆和铰支在其两端的2个力传感器及测量电路构成。当刚性碰撞物体(圆柱或刃形物等)撞向横梁时，其撞击力传向简支的2个力传感器，通过检测传感器的撞击力，根据杠杆原理，即两个力传感器受到的撞击力和碰撞位置距两支点之间的距离成反比，即可计算出碰撞位置。本发明所涉及的基于力传感的碰撞位置检测装置，可适用于烟雾、粉尘或污水等恶劣环境下碰撞位置的检测，其检测速度快、简单、实用、可靠、应用范围广、维修方便。

Description

一种基于力传感的碰撞位置检测装置

技术领域

本发明涉及一种基于力传感的碰撞位置检测装置，可以广泛应用于碰撞位置检测，尤其适用于烟雾、粉尘或污水等恶劣环境、要求检测速度快的场合，是一种简单、实用、可靠的碰撞位置检测装置。

背景技术

在使用机械手自动捕获烟雾、粉尘或污水等恶劣环境中目标物体时，需要知道目标物体的位置。为了检出目标物体的位置，目前主要使用探杆伸向目标物体，在探杆上安装接近开关阵列、霍尔开关阵列或光电开关阵列，或沿探杆轴线方向安装磁致伸缩传感器等方式来进行检测。前三者存在的共同问题是元件多、连线多，可靠性差、检测时间长。除此之外，若使用电磁式接近开关阵列，则需要在目标物体上安装金属片；若使用霍尔开关阵列，则需要在目标物体上安装磁性材料；若使用光电开关阵列，则需要环境的透光性较好。若沿探杆安装磁致伸缩传感器，则目标物体上需要安装一个专用的磁环，并且只有物体的磁环部分碰触到探杆时才能检测出目标物体的横向位置。总之，前述的各种碰触位置检测方法，因受到各种各样的限制，使用起来非常不便，适用范围极其有限。

发明内容

本发明提出了一种基于力传感的碰撞位置检测装置，以满足烟雾、粉尘或污水等恶劣的工作环境、检测速度要求高的场合进行碰撞位置检测。是一种简单、实用、可靠的碰撞位置检测装置。

本发明上述目标的实现结合附图1、2进行说明如下：

如图1所示，在探杆1的两端通过两个铰3、4连接两个拉压力传感器5、6，左侧的拉压力传感器5直接与基础2连接，右侧的拉压力传感器6通过一个铰7与基础2连接。传感器5、6传出的力信号通过导线8，传向测量装置9，以测出刚性物体10的碰撞位置。

如图2所示，设刚性物体10碰触探杆的位置距离3、4铰中心的距离分别为l₃、l₄，刚性物体10碰触探杆的力为P，3、4铰上承受的反向支撑力分别为F₃、F₄，则根据杠杆原理有关系式：

在探杆3、4铰中心距离L一定的情况下，根据上面公式可以计算出探杆受到碰触的位置。

本发明所涉及的基于力传感的碰撞位置检测装置，可适用于烟雾、粉尘或污水等恶劣环境下碰撞位置的检测，其检测速度快、简单、实用、可靠、应用范围广、维修方便。

附图说明

图1是本发明的结构原理图；

图2是本发明的受力分析图；

图3是本发明具体实施例的结构图；

图4是实施例中用于测力的应变片的贴片方法；

图5是实施例电器原理图。

图中：1-探杆1′-方板的上边缘2-基础2′-方板3-左上支撑铰3′-左上薄壁柔性铰4-右上支撑铰4′-右上薄壁柔性支撑铰5-左侧力传感器6-右侧力传感器7-右下支撑铰7′-右下薄壁柔性支撑铰8-导线9-测量装置10-刚性碰撞物11-第一应变片12-第二应变片13-第三应变片14-第四应变片15-第五应变片16-第六应变片17-第七应变片18-第八应变片19、20-第一、二、三、四应变片构成的惠斯顿电桥的差动输出线21、22-第五、六、七、八应变片构成的惠斯顿电桥的差动输出线23、24-差动放大电路25-A/D转换器26-中央处理器(CPU)27-显示电路

具体实施方式

一种基于力传感的碰撞位置检测装置实施例。参见附图3，目标物体10触碰由方板2′做成的检测装置的前边缘1′。方板2′上开有A、B、C孔，三个孔通过一个τ形的缝隙连起来。其中A、B孔靠近方板2′的上边缘，使得方板2′上边缘的薄壁处成为左右上薄壁柔性铰3′、4′，起到柔性铰的作用，相当于图1中的左右上支撑铰3、4，而方板2′的前边缘相当于探杆1；孔C靠近方板2′的下边缘，此孔与边缘的薄壁处成为右下薄壁柔性铰7′，起到柔性铰的作用，相当于图1中的右下支撑铰7。参见图4，在A孔的上极点与下极点处各贴二个应变片，即第一应变片11、第二应变片12与第三应变片13、第四应变片14，贴法参阅图4，以构成图5中左侧的惠斯顿电桥，左侧的惠斯顿电桥相当于图1中的左侧力传感器5；在B孔的上极点与下极点处各贴二个应变片，即第五应变片15、第六应变片16与第七应变片17、第八应变片18，贴法与A孔同，以构成图5中右侧的惠斯顿电桥，右侧的惠斯顿电桥相当于图1中的右侧力传感器6。两个电桥的输出接测量电路9。其中左侧的惠斯顿电桥的差动输出通过导线19、20接测量装置9中的差动放大器23；右侧的惠斯顿电桥的差动输出通过导线21、22接测量装置9中差动放大器24；两个差动放大器的输出接A/D转换器25，经A/D转换后的数据传入中央处理器(CPU)26进行计算，计算结果输出到显示装置27显示。

下面介绍一下中央处理器(CPU)26中的计算方法。参阅图2，设刚性物体10碰触探杆的位置距离左右上支撑铰3、4中心的距离分别为l₃、l₄，左右上支撑铰3、4上承受的反向支撑力分别为F₃、F₄，则根据杠杆原理有关系式

成立。在探杆1的左右上支撑铰3、4中心距离L一定的情况下，根据上面公式可以计算出探杆碰触刚性目标物体的位置。

以上所述的实施例，只是本申请的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本申请技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种基于力传感的碰撞位置检测装置，其特征在于，包括探杆(1)、探杆(1)两端分别通过左右上支撑铰(3、4)连接的左右侧力传感器(5、6)和与左右侧力传感器(5、6)连接的测量装置(9)，左侧力传感器(5)直接与基础(2)连接，右侧力传感器(6)通过右下支撑铰(7)与基础(2)连接，左右力传感器(5、6)传出的力信号通过导线(8)传向测量装置(9)；

所述基础(2)采用一块方板(2′)，其上开有通过一个τ形的缝隙连起来A、B、C孔，其中A、B孔靠近方板(2′)的上边缘，C孔靠近方板(2′)的下边缘，使得方板(2′)上边缘的薄壁处成为左右上薄壁柔性铰(3′、4′)相当于左右上支撑铰(3、4)，方板(2′)下边缘的薄壁处成为右下薄壁柔性铰(7′)相当于右下支撑铰(7)，而方板(2′)的上边缘(1′)相当于探杆(1)。

2.根据权利要求1所述的一种基于力传感的碰撞位置检测装置，其特征在于，所述左右侧力传感器(5、6)分别由惠斯顿电桥构成，惠斯顿电桥由在A、B孔的上极点与下极点处各贴二个应变片构成，两个惠斯顿电桥的输出端接测量装置(9)。

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