球窝关节式三维摆角传感器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种球窝关节式三维摆角传感器，所述球窝关节具有一带有关节孔的球窝关节外壳、一设置在球窝关节外壳内的且通过关节孔向外延伸出一根轴的球形关节头和一靠近所述关节头设置在轴上的支承环，所述关节孔四周的关节外壳端面上设置有力传感器，所述力传感器至少覆盖了关节外壳端面上靠近关节外壳端面四个象限点的区域。本发明的球窝关节式三维摆角传感器，通过在所述关节孔四周的关节外壳端面上设置多个力传感器，可检测出密封件对每个力传感器的压力，通过微处理器处理每个力传感器检测的压力值可计算出球窝关节外壳主要向那个方向摆动，同时可将压力值换算为摆动的角度值。
【专利说明】球窝关节式三维摆角传感器
【技术领域】
[0001]本发明涉及传感器【技术领域】，尤其涉及一种可作为机器人关节使用的球窝关节式三维摆角传感器。
【背景技术】
[0002]球窝关节的关节头为球面，关节窝为球形凹槽，所述关节头设置在关节窝中，可以通过关节窝的关节孔向外延伸出一根轴，其相当于通过球心设无数个轴，因此能做任何方向的运动。一般以三个互相垂直的典型轴来理解它的运动，即沿水平冠状轴的屈伸活动，沿水平矢状轴的收展运动以及沿垂直轴的旋内旋外运动。一般的球窝关节的关节头大而关节窝浅，如肩关节，其运动幅度较大。另外，球窝关节被广泛使用在汽车行驶机构以及悬架或转向机构中。
[0003]现有的力传感器有金属应变片式、半导体压力式或压电陶瓷式力传感器等，其缺点是不能测量球窝关节的三维运动角度。
【发明内容】
[0004]有鉴于此，本发明的目的是提供一种球窝关节式三维摆角传感器，该球窝关节式三维摆角传感器充分发挥了力传感器的应用领域，解决了以往力传感器或其他传感器难以测量球窝关节三维摆角的技术问题。
[0005]本发明通过以下技术手段解决上述技术问题:
本发明的球窝关节式三维摆角传感器，所述球窝关节具有一带有关节孔的球窝关节外壳、一设置在球窝关节外壳内的且通过关节孔向外延伸出一根轴的球形关节头和一靠近所述关节头设置在轴上的支承环，所述关节孔四周的关节外壳端面上设置有力传感器，所述力传感器至少覆盖了关节外壳端面上靠近关节外壳端面四个象限点的区域，并可分别测量出靠近关节外壳端面四个象限点区域的压力值；还包括一由弹性材料制成的密封件，该密封件连接在支承环与关节外壳端面之间。
[0006]进一步，所述支承环的环面为圆锥面，且与所述关节外壳端面相对应。
[0007]进一步，所述力传感器为金属应变片式、半导体压力式或压电陶瓷式力传感器。
[0008]本发明的有益效果:本发明的球窝关节式三维摆角传感器，所述球窝关节具有一带有关节孔的球窝关节外壳、一设置在球窝关节外壳内的且通过关节孔向外延伸出一根轴的球形关节头和一靠近所述关节头设置在轴上的支承环，所述关节孔四周的关节外壳端面上设置有力传感器，所述力传感器至少覆盖了关节外壳端面上靠近关节外壳端面四个象限点的区域，并可分别测量出靠近关节外壳端面四个象限点区域的压力值；还包括一由弹性材料制成的密封件，该密封件连接在支承环与关节外壳端面之间。本发明的球窝关节式三维摆角传感器，通过在所述关节孔四周的关节外壳端面上设置多个力传感器，可检测出密封件对每个力传感器的压力，通过微处理器处理每个力传感器检测的压力值可计算出球窝关节外壳主要向那个力传感器方向摆动，同时可将压力值换算为摆动的角度值。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
[0010]图1为本发明球窝关节式三维摆角传感器的立体结构示意图；
图2为本发明球窝关节式三维摆角传感器的立体爆炸示意图。
【具体实施方式】
[0011]以下将结合附图对本发明进行详细说明:
如图1和2所示:本实施例中的球窝关节式三维摆角传感器，所述球窝关节具有一带有关节孔的球窝关节外壳1、一设置在球窝关节外壳I内的且通过关节孔Ia向外延伸出一根轴3的球形关节头2和一靠近所述关节头设置在轴3上的支承环4，所述关节孔Ia四周的关节外壳I端面上设置有力传感器5，所述力传感器5至少覆盖了关节外壳I端面上靠近关节外壳I端面四个象限点的区域，并可分别测量出靠近关节外壳I端面四个象限点区域的压力值，优选的，所述力传感器5优选的可采用金属应变片力传感器，可在靠近关节外壳I端面四个象限点的区域各设置一个金属应变片，并通过惠斯通电桥电路在分别检测每个金属应变片的应力变化；还包括一由弹性材料制成的密封件6，该密封件6连接在支承环4与关节外壳I端面之间，所述密封件6用于将球窝关节外壳I与球形关节头2之间的角度变化转变成密封件6对球窝关节外壳I端面上力传感器的压力变化，再通过计算将压力变化值复原为角度变化值，以实现检测球窝关节三维摆动角度的目的。
[0012]作为上述技术方案的进一步改进，所述支承环4的环面为圆锥面，且与所述关节外壳I端面相对应，使得密封件6的压力能够垂直于关节外壳I端面，以提高计算出来的摆角精度。
[0013]最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【权利要求】
1.一种球窝关节式三维摆角传感器，所述球窝关节具有一带有关节孔的球窝关节外壳(I)、一设置在球窝关节外壳(I)内的且通过关节孔(Ia)向外延伸出一根轴(3)的球形关节头(2)和一靠近所述球形关节头设置在轴(3)上的支承环(4)，其特征在于:所述关节孔(Ia)四周的关节外壳(I)端面上设置有力传感器(5)，所述力传感器(5)至少覆盖了关节外壳(I)端面上靠近关节外壳(I)端面四个象限点的区域，并可分别测量出靠近关节外壳(I)端面四个象限点区域的压力值；还包括一由弹性材料制成的密封件(6)，该密封件(6)连接在支承环(4)与关节外壳(I)端面之间。
2.根据权利要求1所述的球窝关节式三维摆角传感器，其特征在于:所述支承环(4)的环面为圆锥面，且与所述关节外壳(I)端面相对应。
3.根据权利要求1所述的球窝关节式三维摆角传感器，其特征在于:所述力传感器(5)为金属应变片式、半导体压力式或压电陶瓷式力传感器。
【文档编号】G01B7/30GK104457554SQ201410780191
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月17日 优先权日:2014年12月17日
【发明者】王帅, 蒋太刚 申请人:重庆花金王科技开发有限公司璧山分公司