一种新型四维力传感器弹性体的制作方法

本发明涉及一种新型四维力传感器弹性体。

背景技术：

随着科学技术的发展，机器人技术越来越多的被应用于各种场合，如搬运、焊接、装配等。机器人技术的一个核心问题是智能化，在很多应用场合，四自由度机器人就能完成任务，四维力传感器可配合四自由度机器人感知受力信息，是作为机器人智能化特征的一个关键部件。四维力传感器的核心部件为弹性体，弹性体的结构直接决定着传感器的灵敏度、刚度、线性度、迟滞、重复性、固有频率等性能，是传感器性能优劣的关键。

目前，四维力传感器弹性体多为十字梁形式，立柱形式。但是都存在着灵敏度低、维间耦合大等问题。

技术实现要素：

本发明旨在针对现有四维力传感器弹性体存在灵敏度低、维间耦合度大的问题，提出一种四维力传感器弹性体。本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种新型四维力传感器弹性体包括外环、四个内梁、立柱、底座，四个内梁一端均布在外环的内壁，另一端均布在立柱上部四个侧面，立柱下端面固定在底座中间。立柱上端面与内梁顶面齐高，外环顶面高于立柱和内梁的顶面。外环、四个内梁、立柱与底座制成一体。

本发明的有益效果是：

1.本发明采用了内梁和立柱结构，外环为受力面，当作用力矩Mz和力Fz时，立柱的刚度远大于内梁， Mz和Fz大小通过内梁应变测量，由于Mz和Fz应变方向垂直，可利用内梁不同侧面进行应变测量。当作用有力Fx和力Fy时，内梁的刚度远大于立柱，Fx和Fy大小通过立柱应变量测量，由于Fx和Fy应变方向垂直，可利用立柱不同侧面进行应变测量。这种结构综合了横梁结构和立柱结构的优点，提高了刚度，降低了维间耦合。

2.本发明受力结构属于梁式剪切式和轮辐剪切式，与传统立柱式弹性体比较，本结构提高了灵敏度和精度。

3.本发明结构简单，采用了对称结构，避免了力互相间的干扰，减小重复误差，提高了精度。

说明书附图

图1为本发明的整体结构立体图。

图2为图1的剖视图。

下面以一种新型四维力传感器弹性体的具体实施方式对本发明做进一步描述。

本发明的具体实施方式如附图1和附图2所示，所述四维力传感器弹性体包括外环1、四个内梁2、立柱3、底座4，四个内梁2一端均布在外环1的内壁，另一端均布在立柱3上部四个侧面，立柱3下端面固定在底座中间。立柱3上端面与内梁2顶面齐高，外环1顶面高于立柱3和内梁2的顶面。

具体的工作原理：

1. 以测量力Fz为例：Fz施加于外环1的上端面，立柱的刚度远大于内梁。因此内梁作为悬臂梁，与立柱的连接端为固定端。在内梁垂直于Fz两侧面形成应变敏感区域，因此组成应变电桥，进而可测出Fz。

2. 以测量力矩Mz为例：Mz施加于外环1的上端面，立柱的刚度远大于内梁。因此内梁作为轮辐剪切梁，与立柱的连接端为固定端。在内梁垂直于Mz两侧面形成应变敏感区域，因此组成应变电桥，进而可测出Mz。

3. 以测量力矩Fx为例：Fx施加于外环1的上端面，内梁的刚度远大于立柱。因此立柱作为悬臂梁，立柱与底座的连接端为固定端，内梁整体可作为刚性梁。在立柱垂直于Fx两侧面形成应变敏感区域，因此组成应变电桥，进而可测出Fx。

4. 以测量力矩Fy为例：Fy施加于外环1的上端面，内梁的刚度远大于立柱。因此立柱作为悬臂梁，立柱与底座的连接端为固定端，内梁整体可作为刚性梁。在立柱垂直于Fy两侧面形成应变敏感区域，因此组成应变电桥，进而可测出Fy。