专利名称：直接输出型机器人四维力与力矩传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于机械人的传感器，尤其是涉及一种直接输出型机器人四维力与力矩传感器。
三、技术内容技术问题 本发明提供一种直接输出型机器人四维力与力矩传感器，这种结构可以实现小型化，提高刚度和灵敏度，且具有误差小，输出信号无需解耦的优点。
技术方案 一种用于机器人的直接输出型机器人四维力与力矩传感器，由中心轴1、力敏元件2和底座3组成，力敏元件2设在底座3上，力敏元件2由十字弹性梁21和浮动梁22组成，浮动梁22设在十字弹性梁21的端部且与十字弹性梁21垂直，在十字弹性梁21的每根弹性梁的两侧至少设有一对应变片，在十字弹性梁21的上、下表面上至少设有一对应变片。
有益效果 (1)本发明的力敏元件采用十字弹性梁以及在其端部垂直设置浮动梁的技术方案，具有结构简单的优点，导致本发明具有尺寸小、灵敏度高的优点，尤其是本发明采取的这种简单结构的力敏元件可以作为一个整体一次加工成型，这就使本发明的刚度好、成本低、动态性能好。此外，由于采用了浮动梁结构，该浮动梁在不同方向上分别起着柔性梁和弹性支撑梁的作用，从而使各个方向的作用力不影响其他方向上作用力的效果，因此，该传感器又具有误差小、输出信号无需解耦的优点。(2)本发明采取的4对应变片的4组半桥电路技术措施，使本发明可以以较少的应变片实现误差的进一步减小。(3)本发明采取的8对应变片的4组全桥电路的技术措施，可以进一步减小误差。
图2是本发明力敏元件的结构示意图。
图3是本发明十字弹性梁的俯视图。
图4是本发明十字弹性梁的仰视图。
图5是本发明X维力Ufx的半桥组桥电路。
图6是本发明Y维力Ufy的半桥组桥电路。
图7是本发明Z维力Ufz的半桥组桥电路。
图8是本发明Z维力矩Utz的半桥组桥电路。
图9是本发明X维力Ufz的全桥组桥电路。


图10是本发明Y维力Ufy的全桥组桥电路。
图11是本发明Z维力Ufz的全桥组桥电路。
图12是本发明Z维力矩Utz的全桥组桥电路。
五、具体实施方案实施例1一种用于机器人的直接输出型机器人四维力与力矩传感器，由中心轴1、力敏元件2和底座3组成，力敏元件2设在底座3上，力敏元件2由十字弹性梁21和浮动梁22组成，浮动梁22设在十字弹性梁21的端部且与十字弹性梁21垂直，在十字弹性梁21的每根弹性梁的两侧至少设有一对应变片，在十字弹性梁21的上、下表面上至少设有一对应变片，上述力敏元件的结构尺寸满足以下关系d=(18~14)w,]]>h＝(4～8)w，其中，w为十字弹性梁的边长，d为浮动梁的厚度，h为浮动梁高度，在本实施例中(参照图4～图7)，在十字弹性梁21的其中一根弹性梁的两侧设有一对应变片R5和R6，且该对应变片R5和R6位于弹性梁的端点与中心轴1边缘之间的中点，在上述弹性梁的上、下表面上设有一对应变片R9和R11且这对应变片R9和R11也位于弹性梁的端点与中心轴1边缘之间的中点，在十字弹性梁22的另一根弹性梁的两侧设有两对应变片R1、R2和R13、R14，这其中一对应变片R1和R2位于弹性梁的端点与中心轴1边缘之间的中点，这其中另一对应变片R13和R14位于弹性梁上的靠近中心轴1的一端，上述其中一根弹性梁上的一对应变片R5和R6或R8和R7与两个固定电池R构成Y维力Ufy的半桥组桥电路，同时位于二根弹性梁上、下表面上的一对应变片R9和R11或R12和R10与两个固定电阻构成Z维力Ufz的半桥组桥电路，十字弹性梁21的另一根弹性梁上的两对应变片R1、R2和R13、R14或R4、R3和R15、R16与各自的两个固定电路分别构成X维力Ufx的半桥组桥电路和Z维力矩Utz的半桥组桥电路。
实施例2一种用于机器人的直接输出型机器人四维力与力矩传感器，由中心轴1、力敏元件2和底座3组成，力敏元件2设在底座3上，力敏元件2由十字弹性梁21和浮动梁22组成，浮动梁22设在十字弹性梁21的端部且与十字弹性梁21垂直，在十字弹性梁21的每根弹性梁的两侧至少设有一对应变片，在十字弹性梁21的上、下表面上至少设有一对应变片，在本实施例中(参照图8～图11)，在十字弹性梁21的其中一根弹性梁的两侧设有两对应变片R5、R6和R7、R8且对称分布于以中心轴1为对称中心的中心轴1的两侧，该两对应变片R5、R6和R7、R8分别位于弹性梁端点与中心轴1边缘之间的中点，在上述弹性梁的上、下表面设有两对应变片R9、R11和R10、R12且对称分布于以中心轴1为对称中心的中心轴1的两侧，该两对应变片R9、R11和R10、R12分别位于弹性梁端点与中心轴1边缘之间的中点，在十字弹性梁22的另一根弹性梁的两侧设有四对应变片R1与R2、R3与R4、R13与R14、R15与R16，其中的两对应变片R1与R2、R3与R4对称分布于以中心轴1为对称中心的中心轴1的两侧且分别位于弹性梁端点与中心轴1边缘之间的中点，其中的另一对应变片R13与R14、R15与R16也对称分布于以中心轴1为对称中心的中心轴1的两侧且位于弹性梁上的靠近中心轴1的一端，上述两对应变片Utz的全桥组桥电路。
权利要求
1.一种用于机器人的直接输出型机器人四维力与力矩传感器，由中心轴(1)、力敏元件(2)和底座(3)组成，力敏元件(2)设在底座(3)上，其特征在于力敏元件(2)由十字弹性梁(21)和浮动梁(22)组成，浮动梁(22)设在十字弹性梁(21)的端部且与十字架(21)垂直，在十字弹性梁(21)的每根弹性梁的两侧至少设有一对应变片，在十字弹性梁(21)的上、下表面上至少设有一对应变片。
2.根据权利要求1所述的直接输出型机器人四维力与力矩传感器，其特征在于在十字弹性梁(21)的其中一根弹性梁的两侧设有一对应变片(R5和R6)，且该对应变片(R5和R6)位于弹性梁的端点与中心轴(1)边缘之间的中点，在上述弹性梁的上、下表面上设有一对应变片(R9和R11)且这对应变片(R9和R11)也位于弹性梁的端点与中心轴(1)边缘之间的中点，在十字弹性梁(21)的另一根弹性梁的两侧设有两对应变片(R1、R2和R13、R14)，这其中一对应变片(R1和R2)位于弹性梁的端点与中心轴(1)边缘之间的中点，这其中另一对应变片(R13和R14)位于弹性梁上的靠近中心轴(1)的一端。
3.根据权利要求1所述的直接输出型机器人四维力与力矩传感器，其特征在于在十字弹性梁(22)的其中一根弹性梁的两侧设有两对应变片(R5、R6和R7、R8)且对称分布于以中心轴(1)为对称中心的中心轴(1)的两侧，该两对应变片(R5、R6和R7、R8)分别位于弹性梁端点与中心轴(1)边缘之间的中点，在上述弹性梁的上、下表面设有两对应变片(R9、R11和R10、R12)且对称分布于以中心轴(1)为对称中心的中心轴(1)的两侧，该两对应变片(R9、R11和R10、R12)分别位于弹性梁端点与中心轴(1)边缘之间的中点，在十字弹性梁(21)的另一根弹性梁的两侧设有四对应变片(R1与R2、R3与R4、R13与R14、R15与R16)，其中的两对应变片(R1与R2、R3与R4)对称分布于以中心轴(1)为对称中心的中心轴(1)的两侧且分别位于弹性梁端点与中心轴(1)边缘之间的中点，其中的另一对应变片(R13与R14、R15与R16)也对称分布于以中心轴(1)为对称中心的中心轴(1)的两侧且位于弹性梁上的靠近中心轴(1)的一端。
全文摘要
本发明公开了一种用于机器人的直接输出型机器人四维力与力矩传感器，由中心轴、力敏元件和底座组成，力敏元件设在底座上，力敏元件由十字弹性梁和浮动梁组成，浮动梁设在十字弹性梁的端部且与十字弹性梁垂直，在十字弹性梁的每根弹性梁的两侧至少设有一对应变片，在十字弹性梁的上、下表面上至少设有一对应变片。本发明的力敏元件采用十字弹性梁以及在其端部垂直设置浮动梁的技术方案，具有结构简单的优点，导致本发明具有尺寸小、灵敏度高的优点，尤其是本发明采取的这种简单结构的力敏元件可以作为一个整体一次加工成型，这就使本发明的刚度好、成本低、动态性能好。此外，本发明还具有误差小、输出信号无需解耦的优点。
文档编号G01L1/22GK1425903SQ03112680
公开日2003年6月25日 申请日期2003年1月15日 优先权日2003年1月15日
发明者宋爱国, 黄惟一, 曹效英, 吴涓, 秦岗, 王爱民, 费树岷 申请人:东南大学