专利名称：一种十字多维测力传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种力传感器，尤指一种利用弹性元件上粘贴电阻应变片以测量力的传感器。
背景技术：
目前，常见的力的传感器一般分为单自由度及多自由度，其中，单自由度的单自由度十字或轮辐形传感器，通常是通过在对称的十字或轮辐形弹性元件上贴箔式应变片测量拉伸和压缩力。但是目前，因要解决多自由度间相互影响的问题，而导致多自由度测量中各有不同设计。常见的有通过电子线路或者计算机软件计算解决相关信号解算；也有通过特殊弹性元件设计减少个方向间相关性的。其中在特定应用场合，例如人体力学测试，例如机械手力学控制，需要传感器尽可能小并且具有多个自由度测量能力。而通过有通过电子线路或者计算机软件计算解决相关信号解算显然过于复杂而不适合，而目前通特殊弹性元件设计减少个方向间相关性的涉及一方面体积过大，另一方面其对称性较差，不适合于应用于力的方向复杂的多维力的测量。
实用新型内容为解决上述问题，本实用新型的目的在于，提供一种可以显著减小传感器尺寸的力传感器结构，以使其适于组装多自由度测力台；本实用新型又一目的在于，提供一种能增加不同方向测试灵敏度、减小相互间的交互影响、显著减小2到6个自由度受力测量时相互干扰的十字多维测力传感器。为达上述目的，本实用新型提供一种一种十字多维测力传感器，其包含十字弹性元件，为对称的十字结构，该十字弹性元件包含四个对称排列于该十字结构的四个端点的固定块及一个位于中心交叉点的交叉块，各固定块与该交叉块之间由传感固接梁连接，该中心交叉块与各该固定块之间的传感固接梁上设有至少一对的水平应变梁及垂直梁；一个上盖板及一个下盖板，为结构相同的盖板；该上盖板及下盖板相互成垂直交叉状态的覆盖于十字弹性元件的十字壁上，且各该盖板两端具有该固定块相对应的固定端，各该固定端与对应的固定块固定连接。其中每个传感固接梁上可设有两对水平应变梁及垂直应变梁。两对水平应变梁及垂直梁之间设有截面为正方形或圆形的连接梁。该连接梁的宽度或直径与各该水平应变梁及垂直应变梁，以及同各固定块的厚度是相同的尺寸。所述上盖板及下盖具有与十字弹性元件的固定块相对应的固定端，各相互对位的固定端与固定块相互结合。各盖板中间与传感固端梁相对的部位凹陷形成一个凹空间。各固定端与固定块分别设有相对应的连接孔与连接穿孔，各固定端与固定块通过
3各连接孔与连接穿孔借助螺接或铆接。各固定端设有一个或偶数个与被测物体结合的固定孔。各固定块对应各固定孔设有固定穿孔，且固定穿孔尺寸大于固定孔。所述水平应变梁及垂直应变梁，成薄片状，使所述传感固接梁与于位置形成凹槽， 且所述水平应变梁及垂直应变梁均具有用于贴设应力片的一个上表面及一个下表面。本实用新型的有益技术效果在于，借助上述结构，本实用新型通过在十字形传感固端梁上对称增加若干个小槽，形成特定方向灵敏的应变区域，在不改变固端梁外部尺寸的情况下，增加不同方向测试灵敏度，减小相互间的交互影响；并可以显著减小传感器尺寸，尤其是高度方向。其在加工精度和贴片精度足够高的情况下，显著减小2到6个自由度受力测量时相互干扰。由于具有紧凑对称的十字结构，高度方向尺寸相对小，适于组装多自由度测力台。
图1为本实用新型一实施例的组装状态俯视图；图2为本实用新型一实施例的组装状态主剖视图；图3为本实用新型一实施例的十字弹性元件的俯视图；图4为本实用新型一实施例的十字弹性元件的主剖视图；图5为本实用新型一实施例的盖板俯视图；图6为本实用新型一实施例的盖板剖视图。
具体实施方式
为让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。如图1、2所示，本实用新型的十字多维测力传感器1为扁平的十字形形状，为三层结构。该测力传感器1中间是一十字弹性元件10，为对称的十字结构。上下为结构相同但相互成垂直交叉状态的上下盖板20、30。本实用新型是借助于该些十字形传感固端梁上对称设置若干个(于本实施例中为4个)小槽，形成特定方向灵敏的应变区域。如图3、4所示，一十字弹性元件10，为对称的十字结构，其包含4个对称排列于十字结构的4个端点的固定块11及一个位于中心交叉点的交叉块12，各固定块11与该交叉块12之间由传感固接梁连接，如图所示，该些传感固接梁均具有分别与该固定块11及该中心交叉块12连接的第一、第二水平应变结构14，位于传感固接梁中间部位的连接梁13， 以及位于第一水平应变梁14与连接梁13之间和位于第二水平应变梁14与连接梁13的第一垂直应变梁和第二垂直应变梁15。(于本申请中以与固定块的平面平行的方向定义为水平)其中，为了确保结构的对称，该连接梁13的截面为尺寸与固定块11厚度相同的正方形， 各应变梁12均为一薄片，其宽度与固定块11厚度相同，而各应变梁12的两个平面之间的厚度在保证强度的前提下尽量小，借此，因各变梁12的设置，于感固端梁上对称形成数个小槽，继而形成了特定方向灵敏的应变区域，而各应变梁的上下表面均可设置应变片，因而可依据实际需要，于该十字弹性元件10对称设置4-32枚应变片，以实现单自由度到6自由度各种情况受力测量(在此以设有4个小槽为例，其可以实际需要设置不同数量的小槽实现不同自由度的测量)。其中，各该水平应变梁及垂直应变梁的位置不限于按照本实施例的位置排列，亦可互换，或者设有更多的应变梁，只需保证其对称性。固定块11上可包含与上盖板20或下盖板20结合的连接通孔16。本实用新型的十字多维测力传感器1具有一个上盖板20及一个下盖板30，上下结构相同且内侧面相对的分别覆盖在十字弹性元件10的传感固端梁上，如图5、6所示，为本实施例的盖板俯视图及剖视图。该盖板20、30具有与十字弹性元件10的固定块11相对应的固定端21，盖板20、30中间与传感固端梁相对的部位凹陷形成一凹空间22，以避免与传感固端梁及交叉块12产生干涉以及提供盖板一个弹性容置空间。盖板20、30为刚性材料制成，应具有足够的厚度，以提供力的传递，较佳为不小于3mm。参见图5，于本实施例中，盖板20、30的固定端21上可设有与固定块11结合的连接孔沈，连接孔沈与连接穿孔16相对应，于本实施例中设在中线上，若设有多个应该相对中线对称排列，二者的结合可用螺接、铆接或粘接等方式。另外，盖板20、30的固定端21上可设有与被测物体结合的固定孔沈，其数量可为一个或偶数个，较佳为是保证对称的。较佳的，对应盖板20、30的固定端21固定孔沈，各固定块11的相应位值可设有对应的固定穿孔17，优选为该固定穿孔17较大仅供固定元件穿过而不产生干涉，以避免对盖板传递的力产生干扰。再请参见图1、2，本实用新型的十字多维测力传感器1中间为一对称的十字结构的十字弹性元件10，十字弹性元件10借助设于固定块11的连接穿孔16与盖板20、30的固定端21上固定孔沈结合上、下盖板20、30可将上下盖板20、30所感测到的力传递给十字弹性元件10，并借助于贴设于各应变梁14、15的表面上的应变片实现单自由度到6自由度各种情况受力测量。本实用新型不限于借助应盖板20、30的固定端21及固定孔沈与被测物体连接， 可根据实际需要用他他方法与各盖板20、30连接，例如可用一圆球设于上盖板中间的圆孔上而借助该圆球将一垂直力传送到该盖板上。综上所述，本实用新型通过在十字形传感固端梁上对称增加若干个小槽，形成特定方向灵敏的应变区域，在不改变固端梁外部尺寸的情况下，增加不同方向测试灵敏度，减小相互间的交互影响。并可以显著减小传感器尺寸，尤其是高度方向。在加工精度和贴片精度足够高的情况下，显著减小2到6个自由度受力测量时相互干扰。由于紧凑对称的十字结构，高度方向尺寸相对小，且设计适合于线切割加工提高对称精度，适于组装多自由度测力台。另外本实用新型的是由上下盖板分别传递到十字弹性元件的相对的固定块上，上下盖板之间的固定端相互独立的，相对于现有的四个端点固定于同一物体表面，而利用十字的中心点来作为另一受力点，本实用新型可制作的更薄，且更紧凑，高度方向尺寸相对更小。以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本实用新型，任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。
权利要求1.一种十字多维测力传感器，其特征在于，其包含十字弹性元件，为对称的十字结构，该十字弹性元件包含四个对称排列于该十字结构的四个端点的固定块及一个位于中心交叉点的交叉块，各固定块与该交叉块之间由传感固接梁连接，该中心交叉块与各该固定块之间的传感固接梁上设有至少一对的水平应变梁及垂直梁；一个上盖板及一个下盖板，为结构相同的盖板；该上盖板及下盖板相互成垂直交叉状态的覆盖于十字弹性元件的十字壁上，且各该盖板两端具有该固定块相对应的固定端，各该固定端与对应的固定块固定连接。
2.根据权利要求1所述的十字多维测力传感器，其特征在于，每个传感固接梁上设有两对水平应变梁及垂直应变梁。
3.根据权利要求2所述的十字多维测力传感器，其特征在于，两对水平应变梁及垂直梁之间设有截面为正方形或圆形的连接梁。
4.根据权利要求3所述的十字多维测力传感器，其特征在于，该连接梁的宽度或直径与各该水平应变梁及垂直应变梁，以及同各固定块的厚度是相同的尺寸。
5.根据权利要求1-4之一所述的十字多维测力传感器，其特征在于，所述上盖板及下盖具有与十字弹性元件的固定块相对应的固定端，各相互对位的固定端与固定块相互结合。
6.根据权利要求5所述的十字多维测力传感器，其特征在于，各盖板中间与传感固端梁相对的部位凹陷形成一个凹空间。
7.根据权利要求5所述的十字多维测力传感器，其特征在于，各固定端与固定块分别设有相对应的连接孔与连接穿孔，各固定端与固定块通过各连接孔与连接穿孔借助螺接或铆接。
8.根据权利要求5所述的十字多维测力传感器，其特征在于，各固定端设有一个或偶数个与被测物体结合的固定孔。
9.根据权利要求8所述的十字多维测力传感器，其特征在于，各固定块对应各固定孔设有固定穿孔，且固定穿孔尺寸大于固定孔。
10.根据权利要求1-4之一所述的十字多维测力传感器，其特征在于，所述水平应变梁及垂直应变梁，成薄片状，使所述传感固接梁与于位置形成凹槽，且所述水平应变梁及垂直应变梁均具有用于贴设应力片的一个上表面及一个下表面。
专利摘要本实用新型公开了一种十字多维测力传感器，其包含十字弹性元件，为对称的十字结构，该十字弹性元件包含四个对称排列于该十字结构的四个端点的固定块及一个位于中心交叉点的交叉块，各固定块与该交叉块之间由传感固接梁连接，该中心交叉块与各该固定块之间的传感固接梁上设有至少一对的水平应变梁及垂直梁；一个上盖板及一个下盖板，为结构相同的盖板；该上盖板及下盖板相互成垂直交叉状态的覆盖于十字弹性元件的十字壁上，且各该盖板两端具有该固定块相对应的固定端，各该固定端与对应的固定块固定连接。本实用新型由于具紧凑对称的十字结构，高度方向尺寸相对小，且设计适合于线切割加工提高对称精度，适于组装多自由度测力台。
文档编号G01L1/26GK201945412SQ20112001173
公开日2011年8月24日 申请日期2011年1月14日 优先权日2011年1月14日
发明者钟红刚 申请人:钟红刚