申请/专利权人：广州中国科学院工业技术研究院

申请日：2017-12-25

公开（公告）日：2020-10-16

公开（公告）号：CN108225622B

主分类号：G01L1/16(20060101)

分类号：G01L1/16(20060101);G01L1/26(20060101);G01L3/02(20060101);G01L9/08(20060101);G01L19/14(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2020.10.16#授权;2018.07.24#实质审查的生效;2018.06.29#公开

摘要：本发明公开了一种三维力传感器，包括中空环形的测力结构主体、分别设置在测力结构主体两端面上的第一盖板和第二盖板，其中第一盖板和第二盖板通过螺栓固定在测力结构主体的两端面上，在测力结构主体内设有中心柱，在中心柱和测力结构主体内壁之间径向设有对称的至少四个方梁，在每个方梁的四个表面上分别铺设有应变片。本发明的优点是：灵敏度高，维间耦合串扰小，可消除安装影响，回零特性好。

主权项：1.一种三维力传感器，其特征在于：包括中空环形的测力结构主体、分别设置在测力结构主体两端面上的第一盖板和第二盖板，其中第一盖板和第二盖板通过螺栓固定在测力结构主体的两端面上，在测力结构主体内设有中心柱，在中心柱和测力结构主体内壁之间径向设有对称的至少四个方梁，在每个方梁的四个表面上分别铺设有应变片，所述方梁为U形梁,且U形臂两端分别设有连接用的水平段。

全文数据：一种三维力传感器技术领域[0001]本发明涉及传感器相关技术领域，尤其是涉及一种三维力传感器。背景技术[0002]多维力传感器目前广泛用于航空航天、智能制造、智能机器人等领域。应变式多维力传感器的结构和应变片桥路设计的好坏与否，直接影响到其性能，特别是对消除维间串扰和安装影响、提高测量精度起到关键作用。发明内容[0003]本发明的目的是提供一种灵敏度高、维间串扰小的三维力传感器。[0004]本发明的技术解决方案是:一种三维力传感器，包括中空环形的测力结构主体、分别设置在测力结构主体两端面上的第一盖板和第二盖板，其中第一盖板和第二盖板通过螺栓固定在测力结构主体的两端面上，在测力结构主体内设有中心柱，在中心柱和测力结构主体内壁之间径向设有对称的至少四个方梁，在每个方梁的四个表面上分别铺设有应变片。[0005]测力结构主体中空，内设径向的至少四个方梁，有利于精确测量不同方向的应变力，通过方梁四个表面上的应变片组成三个惠斯通全桥，分别测量三维方向上的扭矩变化，每个维度的测量由不同方梁上的多个应变片实现，减少维间的串扰，提高了测量的精度，第一盖板和第二盖板分别固定在测力结构主体两端面上，可以起到密封作用，同时可以向测力结构主体传递扭矩，整个结构简单，测量灵敏度高。[0006]所述方梁为U形梁。U形部在受力时变形更大，应变更集中，有利于进一步提高测量的灵敏度和精度。[0007]在所述测力结构主体的一个端面上设有若干个盲槽，在盲槽和所述第二盖板之间设有滚珠。第二盖板通过滚珠与测力结构主体的端面接触，在安装盖板时，可以通过滚珠的转动将应力消除，可明显减少安装紧固力对传感器的影响，提高回零特性。[0008]在第一盖板和第二盖板上设有螺孔接口。方便将传感器安装在其它设备上。[0009]本发明的优点是:灵敏度高，维间耦合串扰小，可消除安装影响，回零特性好。附图说明[0010]附图1为本发明实施例的结构爆炸示意图；[0011]附图2为本发明实施例中测力结构主体的正面结构示意图；[0012]附图3为本发明实施例中测力结构主体的背面结构示意图；[0013]1、测力结构主体，2、第一盖板，3、第二盖板，4、中心柱，5、方梁，6、应变片，7、盲槽，8、滚珠，9、螺孔接口，10、螺栓。具体实施方式[0014]实施例：[0015]参阅图1-3,一种三维力传感器，包括中空环形的测力结构主体i、分别设置在测力结构1主体两端面上的第一盖板2和第二盖板3,其中第一盖板1和第二盖板2通过螺栓10固定在测力结构主体1的两端面上，在测力结构主体1内设有中心柱4，在中心柱4和测力结构主体1内壁之间径向设有对称的四个U形方梁5,在每个方梁5的四个表面上分别铺设有应变片6。在测力结构主体1的一个端面上设有若干个盲槽7，在盲槽7和第二盖板3之间设有滚珠8。在第一盖板2上设有螺孔接口9。[0016]测力结构主体1中空，中心柱4与测力结构主体1内壁之间径向设置的四个对称的U形方梁5,有利于精确测量不同方向的应变力，且通过设置在方梁5四个表面上的应变片6组成三个惠斯通全桥，分别测量三维方向上的扭矩变化，每个维度的测量由不同方梁上的多个应变片实现，减少维间的串扰，提高了测量的精度，第一盖板2和第二盖板3分别固定在测力结构主体1两端面上，可以起到密封作用，同时可以向测力结构主体1传递扭矩，整个结构简单，测量灵敏度高。[0017]本实施例中，在测力结构主体1内对称设置了四个方梁，为提高精度，在结构主体空间允许的情况下啊，还可以设置对称的五个、六个、八个方梁，这样的测量精度更高。方梁5为U形梁，其U形部在受力时变形更大，应变更集中，有利于进一步提高测量的灵敏度和精度。[0018]第二盖板3通过滚珠8与测力结构主体1的端面接触，在安装盖板时，可以通过滚珠的转动将应力消除，可明显减少安装紧固力对传感器的影响，提高回零特性。[0019]上列详细说明是针对本发明之一可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

权利要求：1.一种三维力传感器，其特征在于:包括中空环形的测力结构主体、分别设置在测力结构主体两端面上的第一盖板和第二盖板，其中第一盖板和第二盖板通过螺栓固定在测力结构主体的两端面上，在测力结构主体内设有中心柱，在中心柱和测力结构主体内壁之间径向设有对称的至少四个方梁，在每个方梁的四个表面上分别铺设有应变片。2.根据权利要求1所述的一种三维力传感器，其特征在于:所述方梁为U形梁。3.根据权利要求1或2所述的一种三维力传感器，其特征在于：在所述测力结构主体的一个端面上设有若干个盲槽，在盲槽和所述第二盖板之间设有滚珠。4.根据权利要求3所述的一种三维力传感器，其特征在于:在第一盖板和第二盖板上设有螺孔接口。

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