CN103091026B - 并联结构六维力传感器 - Google Patents
并联结构六维力传感器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103091026B CN103091026B CN201310038102.8A CN201310038102A CN103091026B CN 103091026 B CN103091026 B CN 103091026B CN 201310038102 A CN201310038102 A CN 201310038102A CN 103091026 B CN103091026 B CN 103091026B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- detection branches
- platform
- branches
- detection
- force sensor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 67
- 239000011888 foil Substances 0.000 claims description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 210000002435 tendon Anatomy 0.000 description 3
- 241001282135 Poromitra oscitans Species 0.000 description 2
- 206010048232 Yawning Diseases 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 241001149930 Protura <class> Species 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
Abstract
本发明涉及力传感器设计制造领域，特别是涉及一种可实现部分解耦的并联结构六维力传感器。包括固定平台，测力平台，柱体，检测分支，固定平台水平设置，测力平台与固定平台呈平行状态设置；检测分支上设有应变片，检测分支的两端分别装有弹性球铰；检测分支设有两组，每组三个，其中一组检测分支呈垂直状态设置，另一组检测分支呈水平状态设置；呈垂直状态设置的检测分支两端分别通过弹性球铰与固定平台和测力平台连接；呈水平状态设置的检测分支置于测力平台上。具有如下优点：结构简单，加工方便，测量原理简便；可实现六维外力测量的部分解耦；便于应用，适用场合广泛。
Description
技术领域
本发明涉及力传感器设计制造领域，特别是涉及一种可实现部分解耦的并联结构六维力传感器，可对作用在其上的空间三维力分量和三维力矩分量进行测量。
背景技术
六维力传感器是一种能够同时检测空间内三维力信息和三维力矩信息的一类力传感器。可用于监测方向和大小不断变化的力，使机器人能够完成力/位置控制、轮廓跟踪、轴孔配合、双臂协调等复杂的操作任务。随着技术的发展，六维力传感器已广泛用于国防科技和工业生产等各个领域。
自从20世纪70年代以来，六维力传感器一直被国内外众多学者所关注，成为国际热点研究课题之一，先后有多种不同材料，不同构型的六维力传感器发明问世，并逐渐走向产品化。在六维力传感器的设计中，敏感元件的形式和布置很大程度上决定了传感器性能的优劣，不仅影响到精度、灵敏度、线性度、刚度等性能指标，而且传感器的结构也受到不同应用场合的限制。现有的六维力传感器的结构主要有三垂直筋、四垂直筋和八垂直筋竖梁结构，非对称平面三梁结构，平面十字梁结构，双环形复合梁结构，圆筒结构，双E型膜片结构等。以上所述六维力传感器均为一体式结构，这种结构存在共同的问题就是各测量敏感部位等都存在一定程度的力耦合，即应变桥的输出信号与每个力/力矩分量有关，即测量力信号与应变桥的输出信号耦合，无法实现完全解耦，从一定程度上影响了其测试精度，因此这种弹性体的设计存在测试对象较窄的缺点。
基于Stewart并联机构的六维力传感器采用球铰的连接方式，敏感元件(应变片或压电石英等)置于测量分支杆上，由机构的静力学分析可知，在外力施加到Stewart并联结构力传感器上时，其各测量分支敏感元件之间不存在应力耦合，因此不需要通过改变贴片方式进行解耦。另外，Stewart并联机构以其固有的优点，如刚度大、结构稳定、承载能力高、无误差积累、逆解求解容易等，成为一类非常成功的六维力传感器结构实现形式。
中国专利ZL99102421.4公开了一种基于弹性球铰的并联结构六维力传感器，采用弹性球铰代替普通球铰，消除了普通球铰存在的间隙和摩擦。中国专利ZL99119320.2公开了一种解耦的并联机构六维力传感器，六个弹性体分为三组，每组两个分别沿三个相互垂直的方向布置，并且各组弹性体轴线构成的平面互相垂直，从结构上实现六维力与力矩解耦。中国专利ZL99102526.1公开了一种整体预紧平台式六维力传感器，在Stewart并联结构的基础上，采用球窝锥头式球面副代替传统球副并增加中间预紧分支，有效减小了球面副的接触面积，提高了传感器的整体刚度。中国专利ZL200810054640.5和ZL200810054666.x分别公开了一种具有六分支的弹性铰并联6-UPS和6-UPUR六维测力平台，使得该类传感器比弹性球铰结构的传感器可承受较大的载荷。
以上的几类并联结构六维力传感器中，敏感元件大多在空间布置，而且结构较为复杂，加工难度大，因此能够应用于实际生产中产品化的六维力传感器还比较少。
发明内容
为了克服现有六维力传感器存在的上述不足，本发明提供一种并联结构六维力传感器，该传感器能够检测三维空间的力与力矩。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种并联结结构六维力传感器，包括固定平台，测力平台，柱体，检测分支，固定平台水平设置，测力平台与固定平台呈平行状态设置；检测分支上设有应变片，检测分支的两端分别装有弹性球铰；所述检测分支设有两组，每组三个，其中一组检测分支呈竖直状态设置，另一组检测分支呈水平状态设置；呈竖直状态设置的检测分支两端分别通过弹性球铰与固定平台和测力平台连接；呈水平状态设置的检测分支置于测力平台上。
本发明与现有六维力传感器相比具有如下优点：结构简单，加工方便，测量原理简便；可实现六维外力测量的部分解耦；便于应用，适用场合广泛。
本发明的优选方案是：
所述测力平台上设有中心孔，呈水平状态的检测分支置于中心孔内，该检测分支的一端通过弹性球铰与测力平台的中心孔壁连接，该检测分支的另一端与置于中心孔内的柱体连接；柱体的底端与固定平台连接。
所述中心孔呈三角形结构。
所述呈竖直状态的检测分支均布于同一圆柱面上。
所述呈水平状态的检测分支置于同一平面内，且三个检测分支所在的轴线围成三角形结构。
中心孔呈等边三角形结构。
柱体呈三棱形结构。
所述应变片置于检测分支侧表面。
所述三个检测分支所在的轴线围成的三角形结构是等边三角形结构。
附图说明
图1是并联结构六维力传感器的立体结构示意图。
图2是并联结构六维力传感器的俯视图。
图中：测力平台1，检测分支2，弹性球铰3，柱体4，固定平台5。
具体实施方式
本实施例中的六维力传感器由测力平台1、柱体4、固定平台5以及六个检测分支2组成。
固定平台5水平设置，测力平台1与固定平台5呈平行状态设置；检测分支2上设有应变片，应变片用于测量其上所受的轴向拉压力；应变片置于检测分支2侧表面。
检测分支2的两端分别装有弹性球铰3。
检测分支2设有两组，每组三个，其中一组检测分支2垂直于固定平台5呈竖直状态设置，另一组检测分支2呈水平状态设置；呈竖直状态设置的检测分支两端分别通过弹性球铰3与固定平台5和测力平台1连接；呈水平状态设置的检测分支2置于测力平台1上。
测力平台1上设有中心孔，中心孔呈等边三角形结构。
呈水平状态的检测分支2置于中心孔内，检测分支2的一端通过弹性球铰3与测力平台1的中心孔壁连接，检测分支2的另一端与置于中心孔内的柱体4连接；柱体4的底端与固定平台5连接；柱体4呈三棱形结构。
呈竖直状态的检测分支2均布于同一圆柱面上。呈水平状态的检测分支2置于同一水平面上，且三个检测分支2所在的轴线围成等边三角形结构；三角形的中心与坐标系的中心点重合。
当外力为X和Y方向力、Z方向力距时，外力方向与竖直检测分支的轴线方向垂直，因此可分别由三个水平布置的检测分支来测量。当外力为Z方向力、X和Y方向力矩时，外力方向与水平检测分支的轴线方向垂直，此时可分别由三个竖直检测分支来测量，这样就实现了六维外力测量，而且六维方向力是部分解耦的。
由于检测分支2两端均为弹性球铰，只能承受轴向拉压力，因此外力施加到测力平台上时各检测分支2之承受轴向拉压力，可通过六个检测分支2所受轴向力来求得六维外力。当X和Y方向力、Z方向力距作用到传感器测力平台1上时，可由水平放置的三个检测分支2唯一确定。当Z方向力、X和Y方向力矩作用到传感器测力平台1上时，可由竖直放置的三个检测分支2唯一确定。
本发明可应用于机器人、工业生产、航空航天技术等多种需要六维力测量的领域；从微小型到大型传感器都可由该结构实现。
本发明不限于上述实施例所列举，还可以将柱体做成等边的六边形结构，在六边形的三个面上装上耳座，在耳座上连接弹性球铰3；同样视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种并联结构六维力传感器，包括固定平台，测力平台，柱体，检测分支，固定平台水平设置，测力平台与固定平台呈平行状态设置；其特征在于：检测分支上设有应变片，检测分支的两端分别装有弹性球铰；所述检测分支设有两组，每组三个，其中一组检测分支呈垂直状态设置，另一组检测分支呈水平状态设置；呈垂直状态设置的检测分支两端分别通过弹性球铰与固定平台和测力平台连接；呈水平状态设置的检测分支置于测力平台上；所述测力平台上设有中心孔，呈水平状态的检测分支置于中心孔内，该检测分支的一端通过弹性球铰与测力平台的中心孔壁连接，该检测分支的另一端与置于中心孔内的柱体连接；柱体的底端与固定平台连接；所述中心孔呈三角形结构；所述呈垂直状态的检测分支均布于同一圆周上；所述呈水平状态的检测分支置于同一圆周上，且三个检测分支所在的轴线围成三角形结构；中心孔呈等边三角形结构。
2.根据权利要求1所述的并联结构六维力传感器，其特征在于：柱体呈三棱形结构。
3.根据权利要求1所述的并联结构六维力传感器，其特征在于：所述应变片置于检测分支侧表面。
4.根据权利要求1所述的并联结构六维力传感器，其特征在于：所述三个检测分支所在的轴线围成的三角形结构是等边三角形结构。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310038102.8A CN103091026B (zh) | 2013-01-31 | 2013-01-31 | 并联结构六维力传感器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310038102.8A CN103091026B (zh) | 2013-01-31 | 2013-01-31 | 并联结构六维力传感器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103091026A CN103091026A (zh) | 2013-05-08 |
| CN103091026B true CN103091026B (zh) | 2015-06-17 |
Family
ID=48203874
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201310038102.8A Expired - Fee Related CN103091026B (zh) | 2013-01-31 | 2013-01-31 | 并联结构六维力传感器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103091026B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI866403B (zh) * | 2023-08-18 | 2024-12-11 | 國立陽明交通大學 | 多軸力與力矩傳感器 |
Families Citing this family (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103278277B (zh) * | 2013-05-22 | 2015-08-26 | 北京航空航天大学 | 基于一维力传感器的四自由度飞行器测试平台 |
| CN103292957B (zh) * | 2013-05-22 | 2016-01-20 | 北京航空航天大学 | 小型飞行器的质量参数综合测量平台 |
| CN103487194B (zh) * | 2013-10-15 | 2016-02-10 | 河北联合大学 | 正交解耦六维力传感器 |
| CN104048790A (zh) * | 2014-06-06 | 2014-09-17 | 南京航空航天大学 | 对偶正交六维力传感器及测量方法 |
| CN104075834B (zh) * | 2014-06-26 | 2016-05-04 | 燕山大学 | 重载弱耦合四维测力平台 |
| WO2016182942A1 (en) * | 2015-05-08 | 2016-11-17 | Mts Systems Corporation | Multi axis load cell body |
| FR3037397B1 (fr) * | 2015-06-12 | 2017-06-16 | Sagem Defense Securite | Dispositif de detection de pression a decouplage mecanique |
| CN107448186B (zh) * | 2017-09-27 | 2023-03-24 | 中国地质大学（武汉） | 一种基于六支链并联机构的钻井用三维力传感器 |
| CN108444632A (zh) * | 2018-02-08 | 2018-08-24 | 上海交通大学 | 基于sps支链的并联结构六维力测量传感器 |
| CN109668670B (zh) * | 2019-02-15 | 2020-11-24 | 上海交大临港智能制造创新科技有限公司 | 一种六维力传感器 |
| CN109974917B (zh) * | 2019-04-16 | 2021-06-04 | 上海交通大学 | 一种应变集中的六维力传感器布片结构 |
| CN110333023B (zh) * | 2019-06-12 | 2021-02-02 | 武汉科技大学 | 应变式胎路三向应力测量装置及其测量方法 |
| KR102128252B1 (ko) * | 2019-06-17 | 2020-06-30 | 한국생산기술연구원 | 트랙터의 부하 및 견인력 통합 계측장치와, 그 방법 |
| CN112611497B (zh) * | 2019-09-18 | 2022-01-28 | 马洪文 | 并联杆系多维力传感器结构 |
| CN110793700B (zh) * | 2019-10-30 | 2021-07-16 | 中国空空导弹研究院 | 一种六轴向组合按压传感器 |
| CN112378575B (zh) * | 2020-06-23 | 2022-02-08 | 襄阳达安汽车检测中心有限公司 | 一种汽车碰撞试验用假人多轴力传感器轴间串扰校准方法 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1229915A (zh) * | 1999-02-10 | 1999-09-29 | 燕山大学 | 一种具有弹性铰链六维力与力矩传感器 |
| CN101034023A (zh) * | 2007-04-17 | 2007-09-12 | 燕山大学 | 六维正交解耦rss力传感器 |
| CN201803817U (zh) * | 2010-10-09 | 2011-04-20 | 杨锦堂 | 六分量力传感器 |
| CN102087153A (zh) * | 2010-11-04 | 2011-06-08 | 燕山大学 | 轮辐式容错型并联结构六维力传感器 |
| CN102095534A (zh) * | 2010-12-08 | 2011-06-15 | 上海交通大学 | 双十字梁高灵敏度六维力矩传感器 |
| CN102435375A (zh) * | 2011-09-19 | 2012-05-02 | 燕山大学 | 含弹性整体运动副三腿并联解耦测六维力传感器 |
| CN102840944A (zh) * | 2012-08-08 | 2012-12-26 | 燕山大学 | 一种近奇异构型的大量程并联六维力传感器 |
| JP5117804B2 (ja) * | 2007-09-21 | 2013-01-16 | 株式会社豊田中央研究所 | ６軸力センサ |
-
2013
- 2013-01-31 CN CN201310038102.8A patent/CN103091026B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1229915A (zh) * | 1999-02-10 | 1999-09-29 | 燕山大学 | 一种具有弹性铰链六维力与力矩传感器 |
| CN101034023A (zh) * | 2007-04-17 | 2007-09-12 | 燕山大学 | 六维正交解耦rss力传感器 |
| JP5117804B2 (ja) * | 2007-09-21 | 2013-01-16 | 株式会社豊田中央研究所 | ６軸力センサ |
| CN201803817U (zh) * | 2010-10-09 | 2011-04-20 | 杨锦堂 | 六分量力传感器 |
| CN102087153A (zh) * | 2010-11-04 | 2011-06-08 | 燕山大学 | 轮辐式容错型并联结构六维力传感器 |
| CN102095534A (zh) * | 2010-12-08 | 2011-06-15 | 上海交通大学 | 双十字梁高灵敏度六维力矩传感器 |
| CN102435375A (zh) * | 2011-09-19 | 2012-05-02 | 燕山大学 | 含弹性整体运动副三腿并联解耦测六维力传感器 |
| CN102840944A (zh) * | 2012-08-08 | 2012-12-26 | 燕山大学 | 一种近奇异构型的大量程并联六维力传感器 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI866403B (zh) * | 2023-08-18 | 2024-12-11 | 國立陽明交通大學 | 多軸力與力矩傳感器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103091026A (zh) | 2013-05-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103091026B (zh) | 并联结构六维力传感器 | |
| CN106124113B (zh) | 一种新型六维力和力矩传感器 | |
| CN103487194B (zh) | 正交解耦六维力传感器 | |
| CN107044898B (zh) | 一种具有弹性体结构的六维力传感器 | |
| CN102087153B (zh) | 轮辐式容错型并联结构六维力传感器 | |
| CN103076131A (zh) | 用于测量大型机械臂大力与小力矩的六维力与力矩传感器 | |
| CN101907502B (zh) | 并联式解耦结构三维力传感器 | |
| CN103698076A (zh) | 一种用于实现量程扩展的六维力和力矩传感器 | |
| CN105841857B (zh) | 一种并联式五维力传感器 | |
| CN103983383B (zh) | 一种基于柔顺机构的3维微力传感器的敏感元件 | |
| CN109781329B (zh) | 一种六梁结构的六维力传感器 | |
| CN204495501U (zh) | 一种装配式并联结构传感器 | |
| CN107131986A (zh) | 一种双孔平行梁式六维力传感器 | |
| CN105841874B (zh) | 一种可重构型并联多维力传感器 | |
| CN109781328B (zh) | 一种八梁结构的六维力传感器 | |
| CN101246065A (zh) | 弹性铰并联6-upur六维测力平台 | |
| CN103575446A (zh) | 一种中等量程三维力传感器 | |
| CN102052984A (zh) | 冗余容错式并联结构六维力传感器 | |
| CN210346954U (zh) | 一种一体式三维力传感器 | |
| CN113567030B (zh) | 平面串联无耦合型六维腕力传感器 | |
| CN113561163A (zh) | 双通道多维力传感器及机器人 | |
| CN205719350U (zh) | 一种并联式五维力传感器 | |
| CN107702835B (zh) | 可重构并联三维力与力矩传感器 | |
| CN107314853B (zh) | 一种刚柔混合三维力感知机构 | |
| CN209416542U (zh) | 一种分层的电容式多维力传感器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20150617 Termination date: 20160131 |
|
| EXPY | Termination of patent right or utility model |