应变式传感器及具有其的机器人的制作方法

本发明涉及传感器技术领域，具体而言，涉及一种应变式传感器及具有其的机器人。

背景技术：

目前，六维力传感器是用于检测空间中x、y、z三个方向上的力和分别以其为轴线的力矩的传感器。具体地，六维力传感器的作用原理为电阻应变效应，应变片通常由基底包裹康铜栅丝形成且粘贴在弹性体所在位置处(受力位置处)，以通过检测应变片的应变值得出力或者力矩。

然而，由于应变片通过粘贴层与弹性体(受力位置处)连接，导致传感器存在蠕变、迟滞、漂移(零漂、温漂)等影响传感器灵敏度的机械误差，影响传感器的检测灵敏度。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种应变式传感器及具有其的机器人，以解决现有技术中应变式传感器存在蠕变、迟滞及漂移等现象而影响其检测灵敏度的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种应变式传感器，包括：基座，具有安装凹部；安装结构，设置在基座上且位于安装凹部内，安装结构与安装凹部的内表面之间形成预设间隙；承载结构，安装在安装凹部内且位于预设间隙外；线组，线组的一侧设置在承载结构上，线组的另一侧设置在安装结构上。

进一步地，线组为多个，多个线组沿安装凹部的内周向间隔设置，安装结构为多个，多个安装结构与多个线组对应设置。

进一步地，安装结构上设置有第一绕线部，第一绕线部包括多个沿第一预设方向和/或第二预设方向间隔设置的第一凸起，第一凸起具有用于供线组穿过的第一过线孔；其中，第一预设方向与第二预设方向之间呈夹角设置。

进一步地，承载结构上设置有第二绕线部，第二绕线部包括多个沿第一预设方向和/或第二预设方向间隔设置的第二凸起，第二凸起具有用于供线组穿过的第二过线孔；其中，第一预设方向与第二预设方向之间呈夹角设置。

进一步地，应变式传感器还包括盖板，盖板盖设在基座和承载结构上，承载结构包括：承载本体，与盖板连接且二者相互贴合设置；绕线本体，与承载本体连接且位于承载本体远离盖板的一侧，第二绕线部设置在绕线本体的外表面上。)

进一步地，绕线本体的横截面为多边形结构，第二绕线部为多个，多个第二绕线部与多边形结构的多个边一一对应地设置。

进一步地，承载结构朝向盖板的表面高于基座朝向盖板的表面；或承载结构朝向盖板的表面与基座朝向盖板的表面平齐设置。

进一步地，安装结构为板状结构，板状结构包括相背设置的第一表面和第二表面，第一表面上设置有第一绕线部，第二表面为弧形面且与安装凹部的内表面之间形成预设间隙。

进一步地，线组包括：第一子线组，第一子线组包括至少两个第一缆线部，至少两个第一缆线部沿第一预设方向间隔设置；第二子线组，第二子线组包括至少两个第二缆线部，至少两个第一缆线部沿第二预设方向间隔设置；其中，第一预设方向与第二预设方向之间呈夹角设置。

进一步地，第一子线组为多个，第二子线组为多个，多个第一子线组沿安装凹部的内周面间隔设置；其中，相邻的两个第一子线组之间设置有至少一个第二子线组。

进一步地，应变式传感器的量程与第一缆线部的缆线长度之比小于等于0.0125n/mm；和/或应变式传感器的量程与第二缆线部的缆线长度之比小于等于0.0125n/mm。

进一步地，应变式传感器还包括：多个固定结构，设置在安装结构上，线组的缆线的端部绕设在固定结构上，以通过固定结构对缆线的端部进行固定。

根据本发明的另一方面，提供了一种机器人，包括上述的应变式传感器。

应用本发明的技术方案，应变式传感器包括基座、安装结构、承载结构及线组。其中，基座具有安装凹部。安装结构设置在基座上且位于安装凹部内，安装结构与安装凹部的内表面之间形成预设间隙。承载结构安装在安装凹部内且位于预设间隙外。线组的一侧设置在承载结构上，线组的另一侧设置在安装结构上。这样，承载结构与线组直接连接，在使用应变式传感器进行检测的过程中，载荷通过承载结构直接作用在线组上，最大化利用线组的电阻应变效应，使得应变式传感器的反应更加灵敏，消除了弹性体蠕变、迟滞对应变式传感器检测灵敏度的影响，进而解决了现有技术中应变式传感器存在蠕变、迟滞及漂移等现象而影响其检测灵敏度的问题，提升了应变式传感器的检测灵敏度及响应速度，也提升了应变式传感器的检测精度。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的应变式传感器的实施例的立体结构示意图；

图2示出了图1中的应变式传感器的剖视图；

图3示出了图1中的应变式传感器拆除盖板后的立体结构示意图；

图4示出了图3中的应变式传感器拆除盖板后的俯视图；

图5示出了图3中的应变式传感器的承载结构的立体结构示意图；

图6示出了图3中的应变式传感器的基座的立体结构示意图；

图7示出了图3中的应变式传感器的安装结构的立体结构示意图；

图8示出了图3中的应变式传感器的第一子线组与固定结构装配后的立体结构示意图；

图9示出了图3中的应变式传感器的第二子线组与固定结构装配后的立体结构示意图；以及

图10示出了图1中的应变式传感器的线组的电路图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、基座；11、安装凹部；20、安装结构；21、预设间隙；22、第一绕线部；221、第一凸起；2211、第一过线孔；23、第一表面；24、第二表面；30、承载结构；31、第二绕线部；311、第二凸起；3111、第二过线孔；32、承载本体；33、绕线本体；40、线组；41、第一子线组；411、第一缆线；412、第二缆线；413、第五缆线；414、第六缆线；415、第九缆线；416、第十缆线；417、第十三缆线；418、第十四缆线；42、第二子线组；421、第三缆线；422、第四缆线；423、第七缆线；424、第八缆线；425、第十一缆线；426、第十二缆线；427、第十五缆线；428、第十六缆线；50、盖板；60、固定结构。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

需要指出的是，除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“左、右”通常是针对附图所示的左、右；“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本发明。

为了解决现有技术中应变式传感器存在蠕变、迟滞及漂移等现象而影响其检测灵敏度的问题，本申请提供了一种应变式传感器及具有其的机器人。

如图1至图7所示，应变式传感器包括基座10、安装结构20、承载结构30及线组40。其中，基座10具有安装凹部11。安装结构20设置在基座10上且位于安装凹部11内，安装结构20与安装凹部11的内表面之间形成预设间隙21。承载结构30安装在安装凹部11内且位于预设间隙21外。线组40的一侧设置在承载结构30上，线组40的另一侧设置在安装结构20上。

应用本实施例的技术方案，承载结构30与线组40直接连接，在使用应变式传感器进行检测的过程中，载荷通过承载结构30直接作用在线组40上，最大化利用线组40的电阻应变效应，使得应变式传感器的反应更加灵敏，消除了弹性体蠕变、迟滞对应变式传感器检测灵敏度的影响，进而解决了现有技术中应变式传感器存在蠕变、迟滞及漂移等现象而影响其检测灵敏度的问题，提升了应变式传感器的检测灵敏度及响应速度，也提升了应变式传感器的检测精度。

在本实施例中，线组40通过将缆线绕设在承载结构30和安装结构20上形成。

可选地，线组40为多个，多个线组40沿安装凹部11的内周向间隔设置，安装结构20为多个，多个安装结构20与多个线组40对应设置。这样，上述设置一方面确保应变式传感器能够检测多个方向上的作用力、力矩或者加速度，扩宽了应变式传感器的检测范围，以满足不同工况下的检测需求；另一方面提升了应变式传感器的检测灵敏度。

在本实施例中，线组40为八个，八个线组40沿安装凹部11的内周向间隔设置，安装结构20为八个，八个安装结构20与八个线组40一一对应设置，以使线组40的分布更加合理、紧凑，降低了工作人员的加工难度。

需要说明的是，线组40的个数不限于此，可根据工况进行调整。可选地，线组40为四个、或六个、或十个、或十二个。

需要说明的是，安装结构20的个数不限于此，可根据工况进行调整。可选地，安装结构20为四个、或六个、或十个、或十二个。

如图7所示，安装结构20上设置有第一绕线部22，第一绕线部22包括多个沿第一预设方向和第二预设方向间隔设置的第一凸起221，第一凸起221具有用于供线组40穿过的第一过线孔2211。其中，第一预设方向与第二预设方向之间呈夹角设置。可选地，第一预设方向和第二预设方向之间相互垂直设置。这样，在工作人员对缆线进行绕设的过程中，缆线穿设在第一过线孔2211内，以使工作人员对缆线的固定及绕设更加容易、简便，降低了操作难度。

在本实施例中，第一预设方向为应变式传感器的高度方向，第一过线孔2211沿第一预设方向延伸。

需要说明的是，多个第一凸起221的设置方向不限于此，可根据工况进行调整。在附图中未示出的其他实施方式中，第一绕线部包括多个沿第一预设方向间隔设置的第一凸起。这样，在工作人员对缆线进行绕设的过程中，缆线穿设在第一过线孔内，以使工作人员对缆线的固定及绕设更加容易、简便，降低了操作难度。

在附图中未示出的其他实施方式中，第一绕线部包括多个沿第二预设方向间隔设置的第一凸起。这样，在工作人员对缆线进行绕设的过程中，缆线穿设在第一过线孔内，以使工作人员对缆线的固定及绕设更加容易、简便，降低了操作难度。

如图5所示，承载结构30上设置有第二绕线部31，第二绕线部31包括多个沿第一预设方向和第二预设方向间隔设置的第二凸起311，第二凸起311具有用于供线组40穿过的第二过线孔3111。其中，第一预设方向与第二预设方向之间呈夹角设置。这样，在工作人员对缆线进行绕设的过程中，缆线穿设在第一过线孔2211和第二过线孔3111内，以使工作人员对缆线的固定及绕设更加容易、简便，降低了操作难度。同时，上述设置提高了线组40的结构稳定性，进而提升了应变式传感器的检测稳定性及使用可靠性。

在本实施例中，第二过线孔3111沿第一预设方向延伸。

需要说明的是，多个第二凸起311的设置方向不限于此，可根据工况进行调整。在附图中未示出的其他实施方式中，第二绕线部包括多个沿第一预设方向间隔设置的第二凸起。这样，在工作人员对缆线进行绕设的过程中，缆线穿设在第一过线孔和第二过线孔内，以使工作人员对缆线的固定及绕设更加容易、简便，降低了操作难度。

在附图中未示出的其他实施方式中，第二绕线部包括多个沿第二预设方向间隔设置的第二凸起。这样，在工作人员对缆线进行绕设的过程中，缆线穿设在第一过线孔和第二过线孔内，以使工作人员对缆线的固定及绕设更加容易、简便，降低了操作难度。

如图1和图2所示，应变式传感器还包括盖板50，盖设在基座10和承载结构30上，承载结构30包括承载本体32和绕线本体33。其中，承载本体32与盖板50连接且二者相互贴合设置。绕线本体33与承载本体32连接且位于承载本体32远离盖板50的一侧，第二绕线部31设置在绕线本体33的外表面上。这样，承载本体32与盖板50相互贴合设置，绕线本体33用于设置第二绕线部31，一方面使得承载结构30的结构布局更加合理、紧凑；另一方面使得承载结构30的结构更加简单，容易加工、实现，降低了承载结构30的加工难度。

具体地，盖板50用于对承载结构30和线组40进行保护，避免灰尘等杂质进入安装凹部11内而影响应变式传感器的正常使用。同时，上述设置使得应变式传感器的外观更加美观、整洁，提升了用户视觉体验。

可选地，绕线本体33的横截面为多边形结构，第二绕线部31为多个，多个第二绕线部31与多边形结构的多个边一一对应地设置。这样，各第二绕线部31设置在与其相对应的边上，以使第二绕线部31的加工更加容易、简便，也使得承载结构30的结构更加简单，容易加工、实现，降低了承载结构30的加工难度。

在本实施例中，绕线本体33为八棱柱结构，第二绕线部31为八个，八个第二绕线部31与八边形结构的八个边一一对应地设置。八个第二绕线部31与八个线组40一一对应地设置，以使线组40的分布更加合理、紧凑，降低了工作人员的加工难度。

需要说明的是，绕线本体33的底面的边数不限于此，可根据工况进行调整。可选地，绕线本体33为四棱柱、或六棱柱、或十棱柱、或十二棱柱。

可选地，承载结构30朝向盖板50的表面高于基座10朝向盖板50的表面；或承载结构30朝向盖板50的表面与基座10朝向盖板50的表面平齐设置。这样，在使用应变式传感器进行检测的过程中，上述设置确保作用在盖板50上的载荷能够直接作用在承载结构30上，进而通过承载结构30作用在线组40上，以使线组40的电阻值发生变化，以实现应变式传感器的检测动作。

在本实施例中，承载结构30朝向盖板50的表面高于基座10朝向盖板50的表面。盖板50通过第一紧固件与承载结构连接，盖板50通过第二紧固件与基座10连接。可选地，第一紧固件和第二紧固件为螺钉或螺栓，以使盖板50与承载结构30的拆装、盖板50与基座10的拆装更加容易、简便，降低了拆装难度。

在附图中未示出的其他实施方式中，承载结构朝向盖板的表面低于基座朝向盖板的表面，以使应变式传感器作为六维加速度传感器使用。

如图7所示，安装结构20为板状结构，板状结构包括相背设置的第一表面23和第二表面24，第一表面23上设置有第一绕线部22，第二表面24为弧形面且与安装凹部11的内表面之间形成预设间隙21。这样，上述设置一方面使得安装结构20的结构更加简单，容易加工、实现，降低了应变式传感器的加工成本及加工难度；另一方面确保安装结构20与安装凹部11的内表面之间能够形成预设间隙21，进而确保线组40的电阻能够发生改变，提升了应变式传感器的使用可靠性。

可选地，安装结构20与基座10卡接或通过紧固件连接。

如图8和图9所示，线组40包括第一子线组41和第二子线组42。第一子线组41包括至少两个第一缆线部，至少两个第一缆线部沿第一预设方向间隔设置。第二子线组42包括至少两个第二缆线部，至少两个第一缆线部沿第二预设方向间隔设置。其中，第一预设方向与第二预设方向之间呈夹角设置。在本实施例中，第一子线组41包括两个第一缆线部，两个第一缆线部沿第一预设方向间隔设置。第二子线组42包括两个第二缆线部，两个第一缆线部沿第二预设方向间隔设置。这样，上述设置进一步提升了应变式传感器的响应速度，避免应变式传感器发生蠕变、滞后等现象而影响应变式传感器的检测灵敏度，也提升了应变式传感器的检测精度。

具体地，第一子线组41由两条缆线绕成，且两条缆线分别绕设呈第一缆线部，两个第一缆线部沿第一预设方向间隔设置。第二子线组42由两条缆线绕成，且两条缆线分别绕设呈第二缆线部，两个第二缆线部沿第二预设方向间隔设置。

可选地，第一子线组41为多个，第二子线组42为多个，多个第一子线组41沿安装凹部11的内周面间隔设置。其中，相邻的两个第一子线组41之间设置有至少一个第二子线组42。这样，上述设置进一步提升了应变式传感器的检测灵敏度，也提升了应变式传感器的检测精度。

在本实施例中，第一子线组41为四个，第二子线组42为四个，四个第一子线组41沿安装凹部11的内周面间隔设置。其中，相邻的两个第一子线组41之间设置有一个第二子线组42。这样，上述设置使得第一子线组41和第二子线组42的结构布局更加合理，也提升了应变式传感器的响应速度。

可选地，应变式传感器的量程与第一缆线部的缆线长度之比小于等于0.0125n/mm。这样，上述取值范围可确保应变式传感器具有可行性，进而提升了应变式传感器的使用可靠性。

可选地，应变式传感器的量程与第二缆线部的缆线长度之比小于等于0.0125n/mm。这样，上述取值范围可确保应变式传感器具有可行性，进而提升了应变式传感器的使用可靠性。

如图8和图9所示，应变式传感器还包括多个固定结构60。其中，多个固定结构60设置在安装结构20上，线组40的缆线的端部绕设在固定结构60上，以通过固定结构60对缆线的端部进行固定。这样，固定结构60能够对线组40进行拉紧、固定，提高了应变式传感器的系统刚性，可间接作为调频手段，以使应变式传感器适用于不同工作环境。

可选地，固定结构60为预紧螺丝。

具体地，待线组40的缆线穿过第一绕线部22和第二绕线部31后，预紧螺丝对缆线的末端拉紧后实现支承作用，支撑起承载结构30，以使承载结构30浮于基座10的中部。

如图8至图10所示，第一子线组41由两个第一缆线部组成，第二子线组42由两个第二缆线部组成，故按逆时针排序进行编号以便于表述。其中，带括号数字表示位于视图方向后面的缆线部。x+和y+的放置方向如图6所示，z+方向垂直于纸面向外。

如图10所示，第三缆线421、第四缆线422、第十五缆线427、第十六缆线428、第八缆线424、第七缆线423、第十二缆线426及第十一缆线425按图示布置组成并联电路，两两之间构成惠斯通电桥。第一缆线411、第二缆线412、第九缆线415及第十缆线416组成惠斯通电桥一。第五缆线413、第十三缆线417、第十四缆线418及第六缆线414组成惠斯通电桥二，惠斯通电桥一和惠斯通电桥二再串联。在该串联支路中，存在当u1变化时u2为零的特点，即任意一桥路变化时另一桥路总电阻无变化，测试电压u1、u2用于反映加载fx、fy和mz的方向和大小，测试电压u3、u4和u5用于反映加载mx、my和fz的方向和大小。具体关系参照下式计算：

本申请还提供了一种机器人(未示出)，包括上述的应变式传感器。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

承载结构与线组直接连接，在使用应变式传感器进行检测的过程中，载荷通过承载结构直接作用在线组上，最大化利用线组的电阻应变效应，使得应变式传感器的反应更加灵敏，消除了弹性体蠕变、迟滞对应变式传感器检测灵敏度的影响，进而解决了现有技术中应变式传感器存在蠕变、迟滞及漂移等现象而影响其检测灵敏度的问题，提升了应变式传感器的检测灵敏度及响应速度，也提升了应变式传感器的检测精度。

显然，上述所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。