重載單分量傳感器及測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域，特別涉及一種重載單分量傳感器及測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]單分量應(yīng)變式測力傳感器，是應(yīng)變傳感器的一種，目前廣泛運(yùn)用于工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域中承重測試，沖擊力測量，切削力測量，同時也應(yīng)用于高速與低速風(fēng)洞中。
[0003]在工業(yè)制造領(lǐng)域，常常面對測量一個單方向沖力或者碰撞瞬間沖擊力的情況，此時單個方向的瞬時力是很大的，普通的單分量傳感器無法承受這樣大的載荷。想要測量出這樣一個力的數(shù)值，必須要有單分量重載傳感器。重載傳感器由于技術(shù)難度大，專利CN101813536A中介紹到目前在國際上技術(shù)比較成熟的主要有加拿大的Kelk公司和瑞典的ABB公司提供的單分量大載荷傳感器，國內(nèi)的主要依賴進(jìn)口產(chǎn)品，且大部分重載設(shè)備仍無法實(shí)現(xiàn)重載的測量。CN104155050A發(fā)明專利介紹了一種重載單分量測力計(jì)采用鋼管混凝土結(jié)構(gòu)作為承載體，承載體內(nèi)有兩組電阻應(yīng)變片，一組豎直地均布在混凝土與鋼管接觸面，另一組有布置在鋼管混凝土的中心部位，應(yīng)變片的兩端連接有導(dǎo)線，應(yīng)變片上的導(dǎo)線由傳感器壁上和底端的通孔，連接到外部的設(shè)備。以此來實(shí)現(xiàn)單分量重載的測量，使用鋼管混凝土作為承載體，承載能力大大增加，與此同時，如此巨大的體積，靈敏度能否保證是最重要的問題。本專利所設(shè)計(jì)的重載單分量傳感器的設(shè)計(jì)目的就在于保證單分量傳感器具有大剛度，可以承受重載的同時，提高傳感器的靈敏度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供了一種高剛度、和高靈敏度和高精度的大重載單分量傳感器及測量方法。這種傳感器結(jié)構(gòu)不但繼承了單分量應(yīng)變式傳感器的固有優(yōu)點(diǎn)，而且將現(xiàn)有應(yīng)變式傳感器的剛度與靈敏度矛盾有效地解決。
[0005]—種重載單分量傳感器，其特征在于包括:由浮動平臺、固定平臺、左側(cè)立柱、右側(cè)立柱、左剛性梁、右剛性梁及彈性梁組成，整體呈類日字形結(jié)構(gòu)；其中浮動平臺、固定平臺、彈性梁相互平行，左側(cè)立柱、右側(cè)立柱、左剛性梁、右剛性梁相互平行；左剛性梁、右剛性梁長度相同；上述浮動平臺、固定平臺、左側(cè)立柱、右側(cè)立柱組成口型框結(jié)構(gòu)；上述左剛性梁位于左側(cè)立柱內(nèi)側(cè)并與左側(cè)立柱留有縫隙，左剛性梁的第一端與浮動平臺剛性連接；上述右剛性梁位于右側(cè)立柱內(nèi)側(cè)并與右側(cè)立柱留有縫隙，右剛性梁的第一端與固定平臺剛性連接；上述左剛性梁的第二端和右剛性梁的第二端通過所述彈性梁相連。
[0006]所述的重載單分量傳感器，其特征在于:上述彈性梁的上、下表面，靠近左剛性梁和右剛性梁處分別貼有應(yīng)變片，上、下表面共貼4片應(yīng)變片組成惠斯頓電橋。
[0007]本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
1、結(jié)構(gòu)簡單
傳感器由口型支撐架，兩剛性桿，和彈性梁剛接成整體，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，易于貼片，且對稱性較好，方便加工和微型化，降低了成本。
[0008]2、靈敏度高
由于支柱的形變不明顯，當(dāng)受載荷作用時，口型框架的立柱承受大部分載荷，而兩剛性梁承受小部分載荷，這小部分載荷使得彈性梁產(chǎn)生相對較大的形變，相當(dāng)于彈性梁的變形對支撐柱的形變進(jìn)行放大，在彈性梁上貼裝應(yīng)變片，通過彈性梁的變形反映支撐柱的變形，提高了靈敏度。
[0009]3、剛度大
由于口型剛性框架，剛性梁及彈性梁三部分均為剛性連接，因?yàn)榭谛涂蚣苤回?fù)責(zé)承受載荷，將天平剛度與靈敏度的矛盾巧妙化解，大大提高了傳感器的剛度，使其能夠承受大載荷。
[0010]4、電路簡單
當(dāng)承受載荷時，彈性梁的變形可以反應(yīng)所受載荷大小，通過粘貼在彈性梁上四片應(yīng)變片組成惠斯頓電橋，通過電橋的電壓輸出來獲得所加載荷的大小。電路非常簡單。
【附圖說明】
[0011]圖1為一種重載單分量傳感器的三維結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為一種重載單分量傳感器的三視結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中標(biāo)號名稱:1、浮動平臺，2、固定平臺，3、左側(cè)立柱，4、右側(cè)立柱，5、左剛性梁，6、右剛性梁，7、彈性梁。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做詳細(xì)說明:
參照圖1，本發(fā)明提供了一種重載單分量傳感器由包括浮動平臺1、固定平臺2、兩側(cè)立柱、剛性梁及彈性梁7組成。其中浮動平臺、固定平臺、兩立柱與兩剛性梁為固接在一起的整體結(jié)構(gòu)，兩側(cè)立柱具有高剛度，以承受大部分載荷，彈性梁具有低剛度和高靈敏度，在其上面粘貼應(yīng)變片，應(yīng)變片粘貼于彈性梁的上下兩面，兩側(cè)靠近直立柱的位置，上下面各兩片，一共四片。使用的測量電橋是惠斯頓電橋，通過四片應(yīng)變片組成惠斯頓電橋輸出的電壓信號來獲得載荷的大小。
[0013]參照圖1，當(dāng)承受載荷時，彈性梁的變形可以反應(yīng)所受載荷大小，通過粘貼在彈性梁上應(yīng)變片獲得加載載荷的大小。
[0014]參照圖2，彈性梁與立柱之間存在縫隙，減小立柱所受載荷對彈性梁所受載荷的影響。
[0015]該傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、載荷大、靈敏度高、精度高等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛用于機(jī)械人、風(fēng)洞測力、沖擊實(shí)驗(yàn)、切削力測量等領(lǐng)域。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種重載單分量傳感器，其特征在于包括: 由浮動平臺(I)、固定平臺(2)、左側(cè)立柱(3)、右側(cè)立柱(4)、左剛性梁(5)、右剛性梁(6)及彈性梁(7)組成，整體呈類日字形結(jié)構(gòu)；其中浮動平臺(1)、固定平臺(2)、彈性梁(7)相互平行，左側(cè)立柱(3)、右側(cè)立柱(4)、左剛性梁(5)、右剛性梁(6)相互平行；左剛性梁(5)、右剛性梁(6)長度相同； 上述浮動平臺(I)、固定平臺、左側(cè)立柱(3)、右側(cè)立柱(4)組成口型框結(jié)構(gòu)； 上述左剛性梁(5)位于左側(cè)立柱(3)內(nèi)側(cè)并與左側(cè)立柱(3)留有縫隙，左剛性梁(5)的第一端與浮動平臺(I)剛性連接； 上述右剛性梁(6)位于右側(cè)立柱(4)內(nèi)側(cè)并與右側(cè)立柱(4)留有縫隙，右剛性梁(6)的第一端與固定平臺(2)剛性連接； 上述左剛性梁(5)的第二端和右剛性梁(6)的第二端通過所述彈性梁(7)相連。2.利用權(quán)利要求1所述的重載單分量傳感器的測量方法，其特征在于:上述彈性梁(7)的上、下表面，靠近左剛性梁(5)和右剛性梁(6)處分別貼有應(yīng)變片，上、下表面共貼4片應(yīng)變片組成惠斯頓電橋；通過電橋的電壓輸出來獲得所加載荷的大小。
【專利摘要】重載單分量傳感器及測量方法。本發(fā)明涉及一種重載傳感器及其使用方法。它是一種新型的單分量傳感器。包括口型剛性框架，剛性梁及彈性梁構(gòu)成。連接形成類日字形結(jié)構(gòu)。在彈性梁上粘貼應(yīng)變片，通過彈性梁的形變放大反應(yīng)立柱的形變，提高了傳感器的靈敏度和精度，采用這種結(jié)構(gòu)的重載單分量傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、量程大、靈敏度高、精確度高等優(yōu)點(diǎn)，可同時實(shí)現(xiàn)傳感器的高剛度和高靈敏度，有效地解決傳統(tǒng)單分量應(yīng)變式力傳感器的剛度與靈敏度的矛盾。
【IPC分類】G01L1/04, G01L5/00
【公開號】CN105004454
【申請?zhí)枴緾N201510269990
【發(fā)明人】姚裕, 吳洪濤, 陳晨, 王華畢, 劉源, 張凱勇
【申請人】南京航空航天大學(xué)
【公開日】2015年10月28日
【申請日】2015年5月25日