一種拉壓雙向解耦并聯(lián)三維力傳感器的制造方法
【專利摘要】一種拉壓雙向解耦并聯(lián)三維力傳感器，其外框上設有加載板，加載板上設有中心連線為正三角形的三個螺母，與螺母嚙合的支撐螺柱下端與測力板連接，測力板側面設有三個中心線互成120°夾角的水平調整螺栓，其螺栓頭位于外框外，在測力板上還設有中心連線也呈正三角形的三個垂向調整螺栓，其下端置于外框底板上。上述測力板與外框之間設有四條測力支鏈，其中設在測力板側面的三條水平測力支鏈結構相同，它們的中心線在同一水平面上，并交于測力板上的一點且互成120°夾角，在測力板下面設有中心線與三條水平測力支鏈中心線垂直并過其交點的垂向測力支鏈。本發(fā)明維間耦合小，測量精度高，結構簡單緊湊，裝配調試方便，易于實現(xiàn)三維拉壓力的雙向解耦測量。
【專利說明】一種拉壓雙向解耦并聯(lián)三維力傳感器

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種多維力傳感器。

【背景技術】
[0002]多維力傳感器研制的關鍵是力敏感元件的結構設計，為此人們已提出了一些實現(xiàn)方案，例如，專利ZL93224329.0公開了一種具有十字梁結構的六維力傳感器，采用一體化結構，具有剛度高、結構緊湊等優(yōu)點。專利ZL200810025591.2公開了一種正交串聯(lián)線彈性體式六維力傳感器結構，具有結構簡單、易于微型化等優(yōu)點，但傳感器結構均具有一定程度的維間耦合。多維測力傳感器在測量多維力時維間耦合是普遍存在的現(xiàn)象，這嚴重影響了傳感器的測量精度。目前，普遍使用的三維力傳感器是在單維力傳感器基礎上通過增加多組貼片而制成，大都存在著維間耦合現(xiàn)象，因此為達到準確測量的目的，需采用復雜的解耦技術以減小維間耦合誤差，當前維間解耦問題已成為多維力傳感器技術發(fā)展的關鍵與瓶頸所在。專利ZL200810019550.2公開了一種氣浮式多維力傳感器及多維力測量方法，該傳感器在原理上可實現(xiàn)解耦測量，但需建立在難以實現(xiàn)的對氣體精確控制的基礎上。專利ZL201210117654.3公開了一種使用一維力傳感器組合成的三維力傳感器，其采用鋼球解耦實現(xiàn)了壓向力解耦測量，但不能實現(xiàn)拉向力的解耦測量。


【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種維間耦合小，測量精度高，可以實現(xiàn)拉壓力解耦測量，結構簡單、成本較低的拉壓雙向解耦并聯(lián)三維力傳感器。
[0004]本發(fā)明解決上述技術問題所采用的技術方案是:拉壓雙向解耦并聯(lián)三維力傳感器主要包括有螺母、支撐螺柱、加載板、外框、測力板和四條測力支鏈。其中外框為下端封閉的多棱柱形殼體或架體，該外框的截面有三個邊的垂直平分線相交于一點并互成120°夾角，最好外框截面為正六邊形或由等長的三個長邊和等長的三個短邊相間連接組成的六邊形。外框上端開口設有將其覆蓋的端蓋即加載板，該加載板上設三個帶槽的通孔，三個通孔中心連線為正三角形。上述通孔槽內設有螺母，與螺母嚙合的支撐螺柱上端穿過通孔并且加載板置于螺柱的凸臺上，用于支撐加載板，支撐螺柱下端與設在測力板上對應的螺孔螺紋連接。上述設在外框內的測力板為與外框、加載板平行的平板塊，一端與該測力板側面接觸的水平調整螺栓與外框上三個中心線延長線交于一點且互成120°夾角的螺孔通過螺紋連接，螺栓頭位于外框外，通過該三個水平調整螺栓調整測力板的水平位置并固定，使測力板側中心線與外框中心線重合。在測力板上還設有另外三個螺孔，該三個螺孔的中心線也呈正三角形。該螺孔與垂向調整螺栓頂部螺紋連接，該垂向調整螺栓下端置于外框底板上，通過該三個垂向調整螺栓調整測力板的高度并固定，使測力板側壁上的安裝螺孔中心線與水平測力支鏈安裝孔在同一條直線上。上述測力板與外框之間設有四條測力支鏈，其中設在測力板側面的三條水平測力支鏈結構相同，它們的中心線在同一水平面上，并交于測力板上的一點且互成120°夾角，在測力板下面設中心線與三條水平測力支鏈中心線垂直并過其交點的垂向測力支鏈。最好垂向測力支鏈的中心線與測力板的中心線重合。上述三條水平測力支鏈主要包括壓頭A、球桿A、套筒A、一維拉壓力傳感器A、鎖緊螺母A和傳感器安裝螺釘A。其中，設在測力板側壁上的三個安裝螺孔分別與一個水平測力支鏈同中心線，每個安裝螺孔各與一個水平壓頭A的小直徑端螺紋連接，該水平壓頭A的大直徑端外周面設有螺紋，其與圓槽形水平套筒A內槽壁螺紋連接，該水平壓頭A的大直徑端面為內凹的弧面，其與水平球桿A的球頭相接觸，該由球頭和直桿部分組成的水平球桿A其球頭與套筒A底部的錐形通孔相切，調整套筒A可使壓頭與球桿同軸線。該水平球桿A的直桿部分為螺桿，其與由安裝螺釘A固定在外框內的一維拉壓力傳感器A中心螺孔螺紋連接，螺桿端部伸到外框與其對應的通孔外，由水平鎖緊螺母A鎖緊其與外框的相對位置。該水平球桿A直桿部分端頂設內六角凹槽，用于調整水平壓頭A與水平球桿A球頭的間隙。
[0005]垂向測力支鏈中心線與設在測力板側面的三條水平測力支鏈中心線垂直并過其交點。該垂向測力支鏈主要包括鎖緊螺母B、螺筒、鎖緊螺母C、球桿B、套筒B、壓頭B、一維拉壓力傳感器B和傳感器安裝螺釘B。在測力板上設有與垂向測力支鏈中心線重合的螺孔，該螺孔與具有等螺距內外螺紋的螺筒螺紋連接，該螺筒伸到測力板外面的部分設有鎖緊螺母C，用該螺母鎖緊螺筒與測力板相對位置。在螺筒內設有與其螺紋連接的豎直球桿B的直桿部分，該由球頭和直桿部分組成的豎直球桿B其直桿伸到螺筒外面的部分設有鎖緊螺母B，用該螺母鎖緊螺筒與豎直球桿B的相對位置。該豎直球桿B直桿部分端頂設內六角凹槽，用于調整豎直壓頭B與豎直球桿B球頭的間隙。該豎直球桿B的球頭位于圓槽形豎直套筒B內且與豎直套筒B頂部的錐形通孔相切。該豎直套筒B內槽壁與豎直壓頭B的大直徑端外周面螺紋連接，豎直球桿B的球頭則與豎直壓頭B的大直徑端面的內凹弧面相接觸。該豎直壓頭B的直桿部分為螺桿，其與一維拉壓力傳感器B中心螺孔螺紋連接，該一維拉壓力傳感器B由安裝螺釘B固定在外框底板上。
[0006]本發(fā)明的工作原理:水平測力支鏈中的球桿A的球頭分別與壓頭A的內凹弧面、套筒A的錐形孔相切，可以實現(xiàn)球桿A球頭的微小滾動，進而實現(xiàn)分支內拉壓力的解耦測量。垂向測力支鏈中球桿B的球頭分別與壓頭B的內凹弧面、套筒B的錐形孔相切，可以實現(xiàn)球桿B球頭的微小滾動，進而實現(xiàn)分支內拉壓力的解耦測量。
[0007]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有如下優(yōu)點:
[0008]1、用4個一維拉壓力傳感器組合成拉壓雙向解耦并聯(lián)三維力傳感器，測力支鏈內采用球頭與內凹弧面和錐形孔滾動接觸，滾動摩擦代替了傳統(tǒng)的滑動摩擦，減小了摩擦力，實現(xiàn)了拉壓雙向機械解耦，其維間耦合小，測量精度高。
[0009]2、結構簡單緊湊，裝配調試方便，易于實現(xiàn)三維拉壓力的解耦測量。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明立體示意圖；
[0011]圖2為本發(fā)明立體局剖示意圖；
[0012]圖3為本發(fā)明俯視局剖示意圖；
[0013]圖4為本發(fā)明主視局剖示意圖；
[0014]圖5為本發(fā)明水平測力支鏈剖面示意圖；
[0015]圖6為本發(fā)明垂向測力支鏈剖面示意圖。
[0016]圖中:1.螺母、2.加載板、3.測力板、4.水平調整螺栓、5.外框、6.支撐螺柱、7.垂向調整螺栓、8.水平測力支鏈、8-1.壓頭Α、8-2.套筒Α、8-3.球桿Α、8_4.—維拉壓力傳感器Α、8-5.鎖緊螺母Α、8-6.傳感器安裝螺釘Α、9.垂向測力支鏈、9-1.鎖緊螺母Β、9_2.鎖緊螺母C、9-3.螺筒、9-4.球桿B、9-5.套筒B、9_6.壓頭B、9_7.—維拉壓力傳感器B、9_8.傳感器安裝螺釘B。

【具體實施方式】
[0017]在圖1、圖2、圖3和圖4所示的一種拉壓雙向解耦并聯(lián)三維力傳感器的示意圖中，外框為下端封閉的正六棱柱形殼體，該外框的截面有三個邊的垂直平分線相交于一點并互成120°夾角。外框上端開口設有將其覆蓋的端蓋即加載板，該加載板上設三個帶槽的通孔，三個通孔中心連線為正三角形。上述通孔槽內設有螺母，與螺母嚙合的支撐螺柱上端穿過通孔并且加載板置于螺柱的凸臺上，支撐螺柱下端與設在測力板上對應的螺孔螺紋連接。上述設在外框內的測力板為與外框、加載板平行的平板塊，一端與該測力板側面接觸的水平調整螺栓與外框上三個中心線延長線交于一點且互成120°夾角的螺孔通過螺紋連接，螺栓頭位于外框外，通過該三個水平調整螺栓調整測力板的水平位置并固定，使測力板側中心線與外框中心線重合。在測力板上還設有另外三個螺孔，該三個螺孔的中心線也呈正三角形。該螺孔與垂向調整螺栓頂部螺紋連接，該垂向調整螺栓下端置于外框底板上。上述測力板與外框之間設有四條測力支鏈，其中設在測力板側面的三條水平測力支鏈結構相同，它們的中心線在同一水平面上，并交于測力板上的一點且互成120°夾角，在測力板下面設中心線與三條水平測力支鏈中心線垂直并過其交點的垂向測力支鏈。垂向測力支鏈的中心線與測力板的中心線重合。在圖5所示的本發(fā)明水平測力支鏈剖面示意圖中，三條水平測力支鏈主要包括壓頭A、球桿A、套筒A、一維拉壓力傳感器A、鎖緊螺母A和傳感器安裝螺釘A。其中，設在測力板側壁上的三個安裝螺孔分別與一個水平測力支鏈同中心線，每個安裝螺孔各與一個水平壓頭A的小直徑端螺紋連接，該水平壓頭A的大直徑端外周面設有螺紋，其與圓槽形水平套筒A內槽壁螺紋連接，該水平壓頭A的大直徑端面為內凹的弧面，其與水平球桿A的球頭相接觸，該由球頭和直桿部分組成的水平球桿A其球頭與套筒底部的錐形通孔相切。該水平球桿A的直桿部分為螺桿，其與由安裝螺釘A固定在外框內的一維拉壓力傳感器A中心螺孔螺紋連接，螺桿端部伸到外框與其對應的通孔外，由水平鎖緊螺母A鎖緊其與外框的相對位置。該水平球桿A直桿部分端頂設內六角凹槽。在圖6所示的本發(fā)明垂向測力支鏈剖面示意圖中，垂向測力支鏈中心線與設在測力板側面的三條水平測力支鏈中心線垂直并過其交點。該垂向測力支鏈主要包括鎖緊螺母B、螺筒、鎖緊螺母C、球桿B、套筒B、壓頭B、一維拉壓力傳感器B和傳感器安裝螺釘B。在測力板上設有與垂向測力支鏈中心線重合的螺孔，該螺孔與具有等螺距內外螺紋的螺筒螺紋連接，該螺筒伸到測力板外面的部分設有鎖緊螺母C，用該螺母鎖緊螺筒與測力板相對位置。在螺筒內設有與其螺紋連接的豎直球桿B的直桿部分，該由球頭和直桿部分組成的豎直球桿B其直桿伸到螺筒外面的部分設有鎖緊螺母B，該豎直球桿B直桿部分端頂設內六角凹槽，該豎直球桿B的球頭位于圓槽形豎直套筒B內且與豎直套筒B頂部的錐形通孔相切。該豎直套筒B內槽壁與豎直壓頭B的大直徑端外周面螺紋連接，豎直球桿B的球頭則與豎直壓頭B的大直徑端面的內凹弧面相接觸。該豎直壓頭B的直桿部分為螺桿，其與一維拉壓力傳感器B中心螺孔螺紋連接，該一維拉壓力傳感器B由安裝螺釘B固定在外框底板上。
【權利要求】
1.一種拉壓雙向解耦并聯(lián)三維力傳感器，主要包括有螺母、支撐螺柱、加載板、外框、測力板和四條測力支鏈，其特征在于:外框為下端封閉的多棱柱形殼體或架體，該外框的截面有三個邊的垂直平分線相交于一點并互成120°夾角，外框上端開口設有將其覆蓋的加載板，該加載板上設三個帶槽的通孔，三個通孔中心連線為正三角形，上述通孔槽內設有螺母，與螺母嚙合的支撐螺柱上端穿過通孔并且加載板置于螺柱的凸臺上，支撐螺柱下端與設在測力板上對應的螺孔螺紋連接，上述設在外框內的測力板為與外框、加載板平行的平板塊，一端與該測力板側面接觸的水平調整螺栓與外框上三個中心線延長線交于一點且互成120°夾角的螺孔通過螺紋連接，螺栓頭位于外框外，在測力板上還設有另外三個螺孔，該三個螺孔的中心線也呈正三角形，該螺孔與垂向調整螺栓頂部螺紋連接，該垂向調整螺栓下端置于外框底板上，上述測力板與外框之間設有四條測力支鏈，其中設在測力板側面的三條水平測力支鏈結構相同，它們的中心線在同一水平面上，并交于測力板上的一點且互成120°夾角，在測力板下面設中心線與三條水平測力支鏈中心線垂直并過其交點的垂向測力支鏈。
2.根據(jù)權利要求1所述的拉壓雙向解耦并聯(lián)三維力傳感器，其特征在于:上述三條水平測力支鏈主要包括壓頭A、球桿A、套筒A、一維拉壓力傳感器A、鎖緊螺母A和傳感器安裝螺釘A，設在測力板側壁上的三個安裝螺孔分別與一個水平測力支鏈同中心線，每個安裝螺孔各與一個水平壓頭A的小直徑端螺紋連接，該水平壓頭A的大直徑端外周面設有螺紋，其與圓槽形水平套筒A內槽壁螺紋連接，該水平壓頭A的大直徑端面為內凹的弧面，其與水平球桿A的球頭相鄰，該由球頭和直桿部分組成的水平球桿A其球頭與套筒底部的錐形通孔相切，該水平球桿A的直桿部分為螺桿，其與由安裝螺釘A固定在外框內的一維拉壓力傳感器A中心螺孔螺紋連接，螺桿端部伸到外框與其對應的通孔外，由水平鎖緊螺母A鎖緊其與外框的相對位置，該水平球桿A直桿部分端頂設內六角凹槽。
3.根據(jù)權利要求1所述的拉壓雙向解耦并聯(lián)三維力傳感器，其特征在于:垂向測力支鏈中心線與設在測力板側面的三條水平測力支鏈中心線垂直并過其交點，該垂向測力支鏈主要包括鎖緊螺母B、螺筒、鎖緊螺母C、球桿B、套筒B、壓頭B、一維拉壓力傳感器B和傳感器安裝螺釘B，在測力板上設有與垂向測力支鏈中心線重合的螺孔，該螺孔與具有等螺距內外螺紋的螺筒螺紋連接，該螺筒伸到測力板外面的部分設有鎖緊螺母C，在螺筒內設有與其螺紋連接的豎直球桿B的直桿部分，該由球頭和直桿部分組成的豎直球桿B其直桿伸到螺筒外面的部分設有鎖緊螺母B，該豎直球桿B直桿部分端頂設內六角凹槽，該豎直球桿B的球頭位于圓槽形豎直套筒B內且與豎直套筒B頂部的錐形通孔相切，該豎直套筒B內槽壁與豎直壓頭B的大直徑端外周面螺紋連接，豎直球桿B的球頭則與豎直壓頭B的大直徑端面的內凹弧面相接觸，該豎直壓頭B的直桿部分為螺桿，其與一維拉壓力傳感器B中心螺孔螺紋連接，該一維拉壓力傳感器B由安裝螺釘B固定在外框底板上。
4.根據(jù)權利要求1所述的拉壓雙向解耦并聯(lián)三維力傳感器，其特征在于:外框截面為正六邊形或由等長的三個長邊和等長的三個短邊相間連接組成的六邊形。
5.根據(jù)權利要求1或3所述的拉壓雙向解耦并聯(lián)三維力傳感器，其特征在于:垂向測力支鏈的中心線與測力板的中心線重合。
【文檔編號】G01L5/16GK104236781SQ201410451751
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月5日 優(yōu)先權日:2014年9月5日
【發(fā)明者】趙延治, 翁大成, 牛智, 段連國, 楊真真 申請人:燕山大學