專利名稱：六維正交解耦rss力傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種測(cè)量空間三維力和三維力矩的六維正交解耦力傳感器。
背景技術(shù)：
多維傳感器的技術(shù)核心是彈性體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造，現(xiàn)有的六維力傳感器彈性體有十字梁和Stewart(6-SPS)并聯(lián)平臺(tái)結(jié)構(gòu)。前者粘貼應(yīng)變片的位置要求嚴(yán)格，維間耦合大；后者Stewart(6-SPS)，應(yīng)變片貼在桿上或彈性移動(dòng)副上，貼在桿上的靈敏度比較低；貼在彈性移動(dòng)副上的，由于彈性移動(dòng)副側(cè)向剛度低，造成較大的原理誤差。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的六維力傳感器存在的彈性移動(dòng)副側(cè)向剛度低和原理誤差大等不足，本發(fā)明提供一種六維正交解耦RSS力傳感器，該傳感器的彈性體具有解耦性，且變形部分的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，從而解決了彈性移動(dòng)副設(shè)計(jì)和加工誤差大以及維間耦合大的問(wèn)題。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是施力平臺(tái)和固定平臺(tái)由3組平行的支鏈聯(lián)接，每條支鏈各有2個(gè)球副(S副)和1個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副(R副)，每組支鏈的兩條支鏈結(jié)構(gòu)相同且平行，每組支鏈的支鏈主桿在空間兩兩垂直；支鏈由支鏈主桿、彈性球副、轉(zhuǎn)動(dòng)副桿和轉(zhuǎn)動(dòng)副組成，支鏈主桿的兩端為彈性球副，彈性球副分別與施力平臺(tái)和轉(zhuǎn)動(dòng)副桿剛性連接，轉(zhuǎn)動(dòng)副桿與定平臺(tái)剛性聯(lián)接，轉(zhuǎn)動(dòng)副桿上加工有橫截面為矩形的彈性轉(zhuǎn)動(dòng)副，其表面貼應(yīng)變片；支鏈主桿兩端的球副中心連線與轉(zhuǎn)動(dòng)副桿及轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線相垂直。本發(fā)明具有6個(gè)微動(dòng)自由度，與被測(cè)的6個(gè)加速度分量構(gòu)成對(duì)應(yīng)關(guān)系，并且具有良好的解耦性。當(dāng)傳感器施力平臺(tái)受到力或力矩作用時(shí)，六個(gè)彈性轉(zhuǎn)動(dòng)副上會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)變，通過(guò)外接四臂差動(dòng)電橋得到相應(yīng)的六個(gè)輸出信號(hào)。
本發(fā)明的有益效果是該傳感器在彈性體與對(duì)應(yīng)的并聯(lián)機(jī)構(gòu)力學(xué)模型完全對(duì)應(yīng)，其設(shè)計(jì)理論規(guī)范成熟，因而理論設(shè)計(jì)誤差小，靈敏度高；同時(shí)具有維間解耦性好、響應(yīng)快和精度高等優(yōu)點(diǎn)。


圖1是六維正交解耦RSS力傳感器結(jié)構(gòu)圖；圖2是六維正交解耦RSS力傳感器的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖；圖3是支鏈結(jié)構(gòu)圖；圖4是支鏈四臂差動(dòng)電橋電路圖。
在圖1、圖2、圖3和圖4中，1.施力平臺(tái)，2.支鏈，3.固定平臺(tái)，2-1.支鏈主桿，2-2.彈性球副，2-3.轉(zhuǎn)動(dòng)副桿，2-4.為轉(zhuǎn)動(dòng)副，2-5.應(yīng)變片，支鏈端部與平臺(tái)采用過(guò)盈配合聯(lián)接。
具體實(shí)施例方式
圖1是本發(fā)明公開的一個(gè)實(shí)施例，施力平臺(tái)1和固定平臺(tái)3之間用3組支鏈連接，每組支鏈由兩個(gè)支鏈2組成，它們的支鏈主桿2-1在空間兩兩垂直，與每組支鏈2連接的固定平臺(tái)3在空間相互垂直。每組支鏈的結(jié)構(gòu)相同且平行布置。每條支鏈2有2個(gè)球副(S副)和1個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副(R副)，支鏈2由支鏈主桿2-1、彈性球副2-2、轉(zhuǎn)動(dòng)副桿2-3和轉(zhuǎn)動(dòng)副2-4組成，支鏈主桿2-1的兩端為彈性球副2-2，彈性球副2-2與施力平臺(tái)1過(guò)盈配合聯(lián)接與轉(zhuǎn)動(dòng)副桿2-3剛性連接，轉(zhuǎn)動(dòng)副桿2-3與定平臺(tái)3過(guò)盈配合聯(lián)接，轉(zhuǎn)動(dòng)副桿2-3上加工有橫截面為矩形的彈性轉(zhuǎn)動(dòng)副，其表面貼4個(gè)應(yīng)變片2-5。
當(dāng)施力平臺(tái)受到力或力矩作用時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)副桿2-3上的彈性轉(zhuǎn)動(dòng)副2-4產(chǎn)生變形，粘貼在彈性轉(zhuǎn)動(dòng)副2-4上的應(yīng)變片2-5將反映出應(yīng)變的大??；通過(guò)6個(gè)外接四臂差動(dòng)電橋得到相應(yīng)的6個(gè)支鏈的受力大小；通過(guò)支鏈內(nèi)力即可求出被測(cè)力及力矩的大小和方向。
圖2、圖3和圖4是一種用于計(jì)算機(jī)六維游戲桿的彈性體、貼片位置和電橋簡(jiǎn)圖。利用該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的傳感器實(shí)現(xiàn)力信號(hào)與屏幕上可移動(dòng)對(duì)象移動(dòng)量的數(shù)字比例關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)游戲中的動(dòng)畫控制。如果施力平臺(tái)設(shè)計(jì)成汽輛的輪轂外緣結(jié)構(gòu)，固定平臺(tái)設(shè)計(jì)成輪轂結(jié)構(gòu)，此傳感器可用于汽車輪胎和輪轂的受力狀態(tài)?？傊ㄟ^(guò)桿長(zhǎng)和彈性轉(zhuǎn)動(dòng)副厚度尺寸變化，可以設(shè)計(jì)成各種不同量程和靈敏度的六維力傳感器。
權(quán)利要求
1.一種六維正交解耦RSS力傳感器，包括施力平臺(tái)(1)和固定平臺(tái)(3)，其特征是施力平臺(tái)(1)和固定平臺(tái)(3)之間用3組支鏈連接，每組支鏈由兩個(gè)支鏈(2)組成，每組支鏈主桿(2-1)在空間兩兩垂直，與每組支鏈連接的固定平臺(tái)(3)在空間相互垂直；每條支鏈(2)有2個(gè)彈性球副(2-2)和1個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副(2-4)，轉(zhuǎn)動(dòng)副桿2-3上加工有橫截面為矩形的彈性轉(zhuǎn)動(dòng)副(2-4)，彈性轉(zhuǎn)動(dòng)副(2-4)的兩個(gè)表面貼應(yīng)變片(2-5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的六維正交解耦RSS力傳感器，其特征是每組支鏈(2)的結(jié)構(gòu)和位姿相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的六維正交解耦RSS力傳感器，其特征是支鏈2由支鏈主桿(2-1)、彈性球副(2-2)、轉(zhuǎn)動(dòng)副桿(2-3)和轉(zhuǎn)動(dòng)副(2-4)組成，支鏈主桿(2-1)的兩端為彈性球副(2-2)，彈性球副(2-2)與施力平臺(tái)(1)過(guò)盈配合聯(lián)接與轉(zhuǎn)動(dòng)副桿(2-3)剛性連接，轉(zhuǎn)動(dòng)副桿(2-3)與定平臺(tái)(3)過(guò)盈配合聯(lián)接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的六維正交解耦RSS力傳感器，其特征是支鏈主桿(2-1)兩端的彈性球副(2-2)的中心連線與轉(zhuǎn)動(dòng)副桿(2-3)和轉(zhuǎn)動(dòng)副(2-4)的軸線相垂直。
全文摘要
本發(fā)明公開一種六維正交解耦RSS力傳感器，其特征是施力平臺(tái)(1)和固定平臺(tái)(3)之間用3組支鏈連接，每組支鏈由2個(gè)平行的支鏈(2)組成，每組支鏈主桿(2－1)在空間兩兩垂直，與每組支鏈連接的固定平臺(tái)(3)在空間相互垂直；每條支鏈(2)有2個(gè)彈性球副(2－2)和1個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副(2－4)，轉(zhuǎn)動(dòng)副桿2－3上加工有橫截面為矩形的彈性轉(zhuǎn)動(dòng)副(2－4)，彈性轉(zhuǎn)動(dòng)副(2－4)的兩個(gè)表面貼應(yīng)變片(2－5)。本發(fā)明的彈性體與對(duì)應(yīng)的并聯(lián)機(jī)構(gòu)力學(xué)模型完全對(duì)應(yīng)，其設(shè)計(jì)理論規(guī)范成熟，因而理論設(shè)計(jì)誤差小，靈敏度高；同時(shí)具有維間解耦性好、響應(yīng)快和精度高等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01P15/18GK101034023SQ20071006172
公開日2007年9月12日 申請(qǐng)日期2007年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月17日
發(fā)明者李金良 申請(qǐng)人:燕山大學(xué)