一種新型六維力傳感器裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種六維力傳感器裝置，用于力的測量領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)兩物體在碰撞過程中力的測量，包括上平臺(tái)，下平臺(tái)，三個(gè)上安裝板，三個(gè)下安裝板，六根螺桿以及六個(gè)感應(yīng)片，在平臺(tái)上安裝三個(gè)上安裝板，在下平臺(tái)上對應(yīng)安裝三個(gè)下安裝板；通過在每個(gè)上安裝板以及每個(gè)下安裝板中設(shè)置兩個(gè)球窩并在每個(gè)球窩中裝入球頭，球頭與螺桿連接，使得上安裝板與下安裝板通過六根螺桿支持固定，在六根螺桿上各安裝一感應(yīng)片，通過其感應(yīng)螺桿的形變來實(shí)現(xiàn)測力。此裝置通過球鉸連接螺桿使螺桿為二力桿，不存在力的耦合，且結(jié)構(gòu)簡單、通用性強(qiáng)，特別適用于空間兩飛行器在接觸、碰撞過程中的測力。
【專利說明】—種新型六維力傳感器裝置【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種六維力傳感器裝置，尤其是可實(shí)現(xiàn)空間兩飛行器在接觸、碰撞過程中六維力測量的裝置。
【背景技術(shù)】[0002]六維力傳感器裝置主要應(yīng)用于力的測量領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)兩物體在碰撞過程中力的測量。目前，國內(nèi)、外類似的裝置一般比較復(fù)雜，存在力的耦合，且無過渡通道，主要應(yīng)用于地面環(huán)境。國外空間環(huán)境下用于兩飛行器對接過程中六維力的測量裝置，為分體式結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、剛度小，而且通用性差，安裝調(diào)試復(fù)雜。針對空間兩飛行器在接觸、碰撞過程中的測力需要，業(yè)界特別希望研發(fā)出結(jié)構(gòu)簡單且便于安裝調(diào)試的六維力傳感器裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種新型六維力傳感器裝置，以使其結(jié)構(gòu)簡單且便于安裝調(diào)試，特別適用于空間兩飛行器在接觸、碰撞過程中的測力。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種新型六維力傳感器裝置，包括上平臺(tái)、下平臺(tái)、三對安裝板，六根螺桿，六個(gè)左旋球頭、六個(gè)右旋球頭以及六個(gè)感應(yīng)片，其中:
所述三對安裝板中的每一對安裝板均包括一上安裝板以及一下安裝板，在所述上安裝板上設(shè)有上左旋球窩以及上右旋球窩，在所述下安裝板上設(shè)有下左旋球窩以及下右旋球窩；所述上左旋球窩中以及所述下左旋球窩中均裝有所述左旋球頭；所述下右旋球窩中以及所述下右旋球窩中均裝入所述右旋球頭；且所述左旋球頭以及所述右旋球頭均通過鎖緊裝置鎖緊固定在安裝板內(nèi)；
在所述上平臺(tái)上均勻安裝固定所述三對安裝板中的上安裝板，使得所述上安裝板上的所述三個(gè)左旋球頭以及所述三個(gè)右旋球頭的球心均落在第一圓上，在所述下平臺(tái)上均勻安裝固定所述三對安裝板中的下安裝板，且所述三對安裝板中每對安裝板中所述下安裝板與其上安裝板相對應(yīng)；使得所述下安裝板上的所述三個(gè)左旋球頭以及所述三個(gè)右旋球頭的球心均落在第二圓上，且所述第一圓的圓心與所述第二圓的圓心上下對應(yīng)；且所述上左旋球窩與所述下右旋球窩相對應(yīng)，所述上右旋球窩與所述下左旋球窩相對應(yīng)；
在所述三對安裝板的每對安裝板中均安裝有所述六根螺桿中的兩根螺桿，所述六根螺桿中每根螺桿的一端為左旋螺紋，另一端為右旋螺紋，且其中間部分沒有螺紋，在其沒有螺紋處裝有一感應(yīng)片；在所述左旋球頭以及所述右旋球頭內(nèi)部均設(shè)有用于連接所述螺桿的螺紋孔，在所述上左旋球窩、所述下左旋球窩、所述上右旋球窩以及所述下右旋球窩的底部中心均設(shè)有用于穿過所述螺桿的安裝孔，且在所述兩根螺桿中一根螺桿的一端穿過所述上左旋球窩安裝孔并與其中的左旋球頭擰緊固定，另一端穿過所述下右旋球窩安裝孔并與其中的右旋球頭擰緊固定，在所述兩根螺桿中的另一根螺桿的一端穿過所述下左旋球窩安裝孔并與其中的左旋球頭擰緊固定，另一端穿過所述上右旋球窩安裝孔并與其中的右旋球頭擰緊固定，通過所述六根螺桿的支持，使所述上平臺(tái)與所述下平臺(tái)保持平行。[0005]作為優(yōu)選地，通過六個(gè)鎖緊螺母分別將所述左旋球頭以及所述右旋球封裝固定在所述安裝板內(nèi)。
[0006]作為優(yōu)選地，所述上安裝板通過螺釘和墊片固定在所述上平臺(tái)，所述下安裝板通過螺釘和墊片固定在所述下平臺(tái)。
[0007]作為優(yōu)選地，所述上安裝板、所述下安裝板、所述上平臺(tái)以及所述下平臺(tái)上均設(shè)有定位孔，且所述上安裝板和上平臺(tái)之間以及所述下安裝板和下平臺(tái)之間均通過定位銷來固定其相對位置。
[0008]作為優(yōu)選地，所述左旋球頭以及所述右旋球頭與所述鎖緊裝置固定的一端呈平面狀。
[0009]本發(fā)明由于采用以上技術(shù)方案，具有以下的優(yōu)點(diǎn)和積極效果:
I)本發(fā)明提供的一種新型六維力傳感器裝置，通過壓緊螺母將球頭封裝入安裝板，球頭中的螺紋與螺桿擰緊固定以及螺釘和墊片來固定安裝板使六維傳感器裝置易安裝和調(diào)試。
[0010]2)本發(fā)明提供的一種新型六維力傳感器裝置，結(jié)構(gòu)簡單、通用性強(qiáng)，特別適用于空間兩飛行器在接觸、碰撞過程中的測力。
[0011]3)本發(fā)明提供的一種新型六維力傳感器裝置，通過球鉸連接螺桿使螺桿為二力桿，通過感應(yīng)片測得螺桿形變的趨勢來測力，不存在力的耦合。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明一種新型六維力傳感器裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為圖1的左視圖；
圖3為本發(fā)明一種六維力傳感器裝置上安裝板的俯視圖；
圖4為圖3的正視圖；
圖5為圖3的A-A線剖面圖；
圖6為本發(fā)明一種六維力傳感器裝置下安裝板的俯視圖；
圖7為圖6的正視圖；
圖8為圖6的B-B線剖面圖；
圖9為本發(fā)明一種六維力傳感器裝置中螺桿的示意圖；
圖10為本發(fā)明一種六維力傳感器裝置中鎖緊螺母的示意圖；
圖11為本發(fā)明一種六維力傳感器裝置中左旋球頭或右旋球頭的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面參照附圖和具體實(shí)施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明。
[0014]如附圖1-11所示，本發(fā)明提供的一種新型六維力傳感器裝置，包括上平臺(tái)1、下平臺(tái)2以及三對安裝板,六根螺桿8，六個(gè)左旋球頭5，六個(gè)右旋球頭6以及六個(gè)感應(yīng)片9。
[0015]三對安裝板的每一對安裝板均包括一上安裝板以及一下安裝板，其上安裝板分別為第一上安裝板11、第二上安裝板12以及第三上安裝板13，其對應(yīng)的下安裝板分別為第一下安裝板21、第二下安裝板22以及第三下安裝板23。
[0016]在上平臺(tái)I上均勻安裝第一上安裝板11、第二上安裝板12以及第三上安裝板13，使得上安裝板上的三個(gè)左旋球頭以及三個(gè)右旋球頭的球心均落在第一圓14上，在下平臺(tái)上對應(yīng)地安裝第一下安裝板21、第二下安裝板22以及第三下安裝板23，使得下安裝板上的三個(gè)左旋球頭以及三個(gè)右旋球頭的球心均落在第二圓24上，且第一圓14的圓心與第二圓24的圓心上下對應(yīng)；作為優(yōu)選地，上安裝板通過螺釘102和墊片103固定在上平臺(tái)上，下安裝板也通過螺釘102和墊片103固定在上平臺(tái)上。第一上安裝板11、第二上安裝板12以及第三上安裝板13上均設(shè)有上左旋球窩31以及上右旋球窩32，在第一下安裝板21、第二下安裝板22以及第三下安裝板23上均設(shè)有下左旋球窩41以及下右旋球窩42。
[0017]在同一對安裝板中的上左旋球窩31與下右旋球窩42的位置對應(yīng)，上右旋球窩41與下左旋球窩32的位置對應(yīng)；且通過在上左旋轉(zhuǎn)球窩31以及下左旋轉(zhuǎn)球窩41中均裝有一左旋球頭5，使左旋球頭5與左旋球頭5所放入的安裝板之間呈球鉸連接，并通過最為優(yōu)選的鎖緊螺母7將左旋球頭51鎖緊固定在安裝板內(nèi)；通過在上右旋球窩32以及下右旋球窩42里均裝有一右旋球頭6，使右旋球頭6與右旋球頭6所放入的安裝板之間呈球鉸連接，并通過作為優(yōu)選的鎖緊螺母7將右旋球頭6鎖緊在安裝板內(nèi)。左旋球頭5以及右旋球頭6與鎖緊螺母7固定的一端采用優(yōu)選的平面狀，使得左旋球頭以及右旋球頭的鎖緊更加牢靠。
[0018]上平臺(tái)上的圓與下平臺(tái)上的第二圓24間的具體距離以及兩圓的半徑可根據(jù)應(yīng)用場合的不同以及靈敏度的不同做進(jìn)一步的限定，但限定其第一圓14與第二圓24的半徑為不同的。一上安裝板的上左旋球頭球心以及上右旋球頭球心分別與第一圓14的圓心連線形成夾角15，與同一對安裝板中下安裝板的下左旋球頭球心以及下右旋球頭球心分別與第二圓24的圓心連線形成夾角16，其夾角15和夾角16也是不同。
[0019]應(yīng)理解，本發(fā)明并沒有對上安裝板的上左旋球窩以及上右旋球窩的放置順序做限定，在所述新型六維力傳感器中，第一上安裝板11、第二上安裝板12以及第三上安裝板13上可以都是順時(shí)針方向設(shè)置上左旋球窩和上右旋球窩，也可以逆時(shí)針方向設(shè)置，也可以有些順時(shí)針方向設(shè)置有些逆時(shí)針方向設(shè)置，而如上所述，下安裝板上的下左旋球窩以及下右旋球窩的位置則由上安裝板限定。參見附圖3，本實(shí)施例中采用逆時(shí)針方向設(shè)置第一上安裝板11、第二上安裝板12以及第三上安裝板13上的上左旋球窩以及上右旋球窩的方式。
[0020]在三對安裝板的每對安裝板中均安裝有兩根螺桿8，分別是第一螺桿和第二螺桿，螺桿8的一端為左旋螺紋，另一端為右旋螺紋，且其中間部分沒有螺紋，在其沒有螺紋處裝有一感應(yīng)片9 ;在左旋球頭5以及右旋球頭6內(nèi)部均設(shè)有用于連接螺桿的螺紋孔10，在上左旋球窩31、下左旋球窩41、上右旋球窩32以及下右旋球窩42的底部中心均設(shè)有用于穿過螺桿的安裝孔101，且在第一螺桿的一端穿過上左旋球窩31的安裝孔并與其中的左旋球頭5擰緊固定，另一端穿過下右旋球窩42的安裝孔并與其中的右旋球頭6擰緊固定，在第二螺桿的一端穿過下左旋球窩41安裝孔并與其中的左旋球頭5擰緊固定，另一端穿過上右旋球窩32的安裝孔并與其中的右旋球頭6擰緊固定，通過六根螺桿8的支持，使上平臺(tái)I與下平臺(tái)2保持平行。其中上安裝板和上平臺(tái)以及下安裝板和下平臺(tái)還分別通過定位銷111來固定相對位置。
[0021]該新型六維力傳感器裝置的具體安裝步驟如下，下述規(guī)定值可根據(jù)測力的對象和精度等因素確定:
1.將第一上安裝板、第二上安裝板以及第三上安裝板均勻安裝在上平臺(tái)上，調(diào)整安裝位置，并使得三塊上安裝板的安裝位置滿足要求，之后將螺釘102和墊片103擰緊；2.對應(yīng)的將第一下安裝板、第二下安裝板以及第三下安裝板安裝在下平臺(tái)上，調(diào)整安裝位置，并使得三塊下安裝板的安裝位置滿足要求，之后將螺釘102和墊片103擰緊；
3.將上平臺(tái)和下平臺(tái)固定在六維力傳感器調(diào)試工裝上，并保證上平臺(tái)上左旋球頭以及右旋球頭的圓心所在平面和下平臺(tái)上左旋球頭以及右旋的圓心所在的平面平行；
4.將六根螺桿分別插入上平臺(tái)和下平臺(tái)的對應(yīng)孔中，并移動(dòng)專用工裝，使得上平臺(tái)和下平臺(tái)兩相鄰平面之間的距離達(dá)到規(guī)定值； 5.將不相鄰的三根螺桿用三個(gè)左旋球頭和三個(gè)右旋球頭可靠固定，即球頭的球面與其放入的球窩可靠接觸，使三根螺桿受拉力達(dá)到規(guī)定值；
6.安裝鎖緊螺母，并壓緊左旋球和右旋球，使擰緊力矩達(dá)到規(guī)定值；
7.移動(dòng)工裝，使得上平臺(tái)與下平臺(tái)相互靠近，三根螺桿受壓，當(dāng)三根螺桿受壓力達(dá)到規(guī)定值后，停止運(yùn)動(dòng)；
8.將另外不相鄰的三根螺桿用另外三個(gè)左旋球和三個(gè)右旋球可靠固定，即球頭的球面與其放入的球窩可靠接觸，使此三根螺桿受拉力達(dá)到規(guī)定值；
9.安裝鎖緊螺母，并壓緊左旋球和右旋球，使擰緊力矩達(dá)到規(guī)定值；
10.之后釋放工裝的上、下平臺(tái)之間的壓緊力，則六根螺桿的受力會(huì)自動(dòng)重新分配；
11.在上安裝板與上平臺(tái)之間、下安裝板和下平臺(tái)之間打定位孔，并安裝定位銷，通過安裝定位銷，下一次的安裝使用時(shí)不需要調(diào)試便可以找到符合規(guī)定精度的安裝位置，不需要再一次調(diào)試。
[0022]通過壓緊螺母將球頭封裝入安裝板，球頭中的螺紋與螺桿擰緊固定以及螺釘和墊片來固定安裝板使六維傳感器裝置易安裝和調(diào)試。
[0023]下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明工作過程進(jìn)行描述。
[0024]將六維力傳感器下平臺(tái)固定在某物體上，當(dāng)在上平臺(tái)施加一未知外載荷F(x, y,z, Φ, Ψ, θ)，則該外載荷會(huì)傳遞到六根螺桿上，六根螺桿受力后產(chǎn)生變形，通過粘貼在螺桿上的應(yīng)變片連接數(shù)據(jù)采集設(shè)備，可分別測得六根螺桿的受力情況fi (i=l, 2…6)。由于螺桿兩端為球鉸連接，因此六根螺桿均為二力桿。利用雅克比矩陣，可以計(jì)算得出外載荷 F(x, y, Z, Φ, Ψ, Θ )。
[0025]上述可見，本發(fā)明的六維力傳感器裝置，可實(shí)現(xiàn)空間六維力的測量，且不存在力的耦合。結(jié)構(gòu)簡單、易安裝和調(diào)試，通用性強(qiáng)，特別適用于空間兩飛行器在接觸、碰撞過程中的測力。通過球鉸連接螺桿使螺桿為二力桿，使其不存在力的耦合。
[0026]上述公開的僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例，該實(shí)施例只為更清楚的說明本發(fā)明所用，而并非對本發(fā)明的限定，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員能思之的變化，都應(yīng)落在保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種新型六維力傳感器裝置，其特征在于，包括上平臺(tái)、下平臺(tái)、三對安裝板，六根螺桿，六個(gè)左旋球頭、六個(gè)右旋球頭以及六個(gè)感應(yīng)片，其中: 所述三對安裝板中的每一對安裝板均包括一上安裝板以及一下安裝板，在所述上安裝板上設(shè)有上左旋球窩以及上右旋球窩，在所述下安裝板上設(shè)有下左旋球窩以及下右旋球窩；所述上左旋球窩中以及所述下左旋球窩中均裝有所述左旋球頭；所述下右旋球窩中以及所述下右旋球窩中均裝入所述右旋球頭；且所述左旋球頭以及所述右旋球頭均通過鎖緊裝置鎖緊固定在安裝板內(nèi)； 在所述上平臺(tái)上均勻安裝固定所述三對安裝板中的上安裝板，使得所述上安裝板上的所述三個(gè)左旋球頭以及所述三個(gè)右旋球頭的球心均落在第一圓上，在所述下平臺(tái)上均勻安裝固定所述三對安裝板中的下安裝板，且所述三對安裝板中每對安裝板中下安裝板與其上安裝板相對應(yīng)，使得所述下安裝板上的所述三個(gè)左旋球頭以及所述三個(gè)右旋球頭的球心均落在第二圓上，且所述第一圓的圓心與所述第二圓的圓心上下對應(yīng)；且所述上左旋球窩與所述下右旋球窩相對應(yīng)，所述上右旋球窩與所述下左旋球窩相對應(yīng)； 在所述三對安裝板的每對安裝板中均安裝有所述六根螺桿中的兩根螺桿，所述六根螺桿中每根螺桿的一端為左旋螺紋，另一端為右旋螺紋，且其中間部分沒有螺紋，在其沒有螺紋處裝有一感應(yīng)片；在所述左旋球頭以及所述右旋球頭內(nèi)部均設(shè)有用于連接所述螺桿的螺紋孔，在所述上左旋球窩、所述下左旋球窩、所述上右旋球窩以及所述下右旋球窩的底部中心均設(shè)有用于穿過所述螺桿的安裝孔，且在所述兩根螺桿中一根螺桿的一端穿過所述上左旋球窩安裝孔并與其中的左旋球頭擰緊固定，另一端穿過所述下右旋球窩安裝孔并與其中的右旋球頭擰緊固定，在所述兩根螺桿中的另一根螺桿的一端穿過所述下左旋球窩安裝孔并與其中的左旋球頭擰緊固定，另一端穿過所述上右旋球窩安裝孔并與其中的右旋球頭擰緊固定，通過所述六根螺桿的支持，使所述上平臺(tái)與所述下平臺(tái)保持平行。
2.如權(quán)利要求1所述的一種新型六維力傳感器裝置，其特征在于，所述鎖緊裝置為鎖緊螺母。
3.如權(quán)利要求1所述的一種新型六維力傳感器裝置，其特征在于，所述上安裝板通過螺釘和墊片固定在所述上平臺(tái)上，所述下安裝板通過螺釘和墊片固定在所述下平臺(tái)上。
4.如權(quán)利要求1所述的一種新型六維力傳感器裝置，其特征在于，所述上安裝板、所述下安裝板、所述上平臺(tái)以及所述下平臺(tái)上均設(shè)有定位孔，且所述上安裝板和上平臺(tái)之間以及所述下安裝板和下平臺(tái)之間均通過定位銷來固定其相對位置。
5.如權(quán)利要求1或2所述的一種新型六維力傳感器裝置，其特征在于，所述左旋球頭以及所述右旋球頭與所述鎖緊裝置固定的一端呈平面狀。
【文檔編號(hào)】G01L5/16GK103674385SQ201310583894
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月20日
【發(fā)明者】苑會(huì)領(lǐng), 邵濟(jì)明, 于茂華, 丁立超, 鄒曉宏, 馮平, 蘇瑜 申請人:上海宇航系統(tǒng)工程研究所