本

技術(shù)實現(xiàn)要素：
屬于電子感測衡器技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種抗耦性強(qiáng)、測量誤差小的內(nèi)嵌抗耦Stewart六維力傳感器支路結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

基于Stewart機(jī)構(gòu)的六維力傳感器是一種綜合性能優(yōu)越的測力傳感器，具有測力接觸面大、承載能力強(qiáng)、量程大、機(jī)構(gòu)靈活等諸多優(yōu)點，迄今已被廣泛應(yīng)用在航空航天機(jī)器人及宇宙空間器的對接試驗、風(fēng)洞試驗等場合。但對Stewart機(jī)構(gòu)而言，由于維間耦合的存在，目前本領(lǐng)域內(nèi)的基于Stewart結(jié)構(gòu)的六維力傳感器普遍存在抗耦合性能差的問題。若對實際的支路傳感器能等效成純二力桿，即傳感器支路只受拉壓方向力的作用，則傳感器的測量精度較高，一但有耦合力進(jìn)入該支路傳感器，便會使支路傳感器的綜合性能會大大降低。因此，能否有效消除維間耦合力，直接影響著Stewart結(jié)構(gòu)的六維力傳感器的綜合性能。

實用新型內(nèi)容

本實用新型的目的在于對現(xiàn)有Stewart機(jī)構(gòu)存在的維間耦合力差的問題加以解決，提供一種抗耦性強(qiáng)、綜合精度高的新型內(nèi)嵌抗耦Stewart六維力傳感器支路結(jié)構(gòu)。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本實用新型采用的技術(shù)方案如下：

一種內(nèi)嵌抗耦Stewart六維力傳感器支路結(jié)構(gòu)，由自上而下依次同軸連接上鉸座、去耦組件、上連接件、標(biāo)準(zhǔn)傳感器組件、下連接件和下鉸座組成，所述的去耦組件為一關(guān)節(jié)軸承，所述標(biāo)準(zhǔn)傳感器組件具有一個帶接插件的采用橢圓型內(nèi)嵌十字梁結(jié)構(gòu)的敏感彈性體，在敏感彈性體下側(cè)表面裝配有與接插件連接的電路板，在敏感彈性體上側(cè)表面對稱粘貼有四個由應(yīng)變電阻R1、R2、R3、R4構(gòu)成的敏感應(yīng)變片，各敏感應(yīng)變片通過焊接方式與電路板構(gòu)成一組惠斯通電橋。

上述內(nèi)嵌抗耦Stewart六維力傳感器支路結(jié)構(gòu)中，上鉸座與去耦組件之間、去耦組件與上連接件之間、上連接件與傳感器組件之間、傳感器組件與下連接件之間以及下連接件與下鉸座之間的連接方式皆為螺紋配合。

上述內(nèi)嵌抗耦Stewart六維力傳感器支路結(jié)構(gòu)中，構(gòu)成去耦組件的關(guān)節(jié)軸承可沿支路中心軸自由轉(zhuǎn)動。

上述內(nèi)嵌抗耦Stewart六維力傳感器支路結(jié)構(gòu)中，標(biāo)準(zhǔn)傳感器組件中敏感彈性體的十字梁結(jié)構(gòu)的端面法線與支路方向垂直。

上述內(nèi)嵌抗耦Stewart六維力傳感器支路結(jié)構(gòu)中，在敏感彈性體上側(cè)表面粘貼的四個敏感應(yīng)變片依次相連組成一組惠斯通電橋，并處于彈性體的最大形變區(qū)，敏感應(yīng)變片中心位置所在半徑與十字梁結(jié)構(gòu)的橢圓半徑之比為0.8～0.85:1。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有的優(yōu)點和技術(shù)效果如下所述。

一、本實用新型在六維力傳感器中采用強(qiáng)抗彎/扭性能的橢圓內(nèi)嵌十字梁結(jié)構(gòu)彈性體，其主測方向延梁臂方向，當(dāng)受外力作用時，六維力傳感器的環(huán)體受拉向或壓向變形，且相鄰橋臂變形位移相反；同時，由于耦合力存在，環(huán)體還要受到彎曲變形，此時在十字梁梁臂根部會產(chǎn)生彎曲和拉(壓)兩類變形，其中拉(壓)應(yīng)變可通過全橋接線測量，環(huán)體上的彎曲應(yīng)變具有對稱性，可通過全橋接線相互抵消。因此，輸出信號僅由梁臂的拉(壓)變形決定，且梁臂厚度易于更改，結(jié)構(gòu)形式靈活多變，所以橢圓內(nèi)嵌十字梁結(jié)構(gòu)具備板環(huán)結(jié)構(gòu)線性好、輸出靈敏度大、工作區(qū)應(yīng)變穩(wěn)定、抗彎/扭耦合性好等優(yōu)點，可充分釋放支路上耦合力對彈性體工作區(qū)帶來的干擾。

二、敏感應(yīng)變片中心位置所在半徑與橢圓半徑比為0.8～0.85:1(橢圓長軸、短軸上比例相同)，該處位置應(yīng)變均勻、且拉(壓)變形平均應(yīng)力最大，輸出靈敏度高，故由本實用新型支路結(jié)構(gòu)組成的Stewart六維力傳感器的彈性體應(yīng)力分布更為均勻，輸出更為穩(wěn)定，具有抗彎屈剛度高、抗耦合能力強(qiáng)、傳感器的綜合精度更高的優(yōu)點。

經(jīng)本實用新型設(shè)計者實驗檢測，本實用新型與公知Stewart結(jié)構(gòu)六維力傳感器支路做對比，其綜合精度有明顯提高。具體參數(shù)如下：單路加載精度≤0.8％F.S.；復(fù)合加載精度≤1.2％F.S.。

附圖說明

圖1是本實用新型一個具體實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標(biāo)號1為上鉸座，2為去耦組件，3為上連接件，4為標(biāo)準(zhǔn)傳感器組件，5為下連接件，6為下鉸座。

圖2是標(biāo)準(zhǔn)傳感器組件表面設(shè)置結(jié)構(gòu)的示意圖。圖中標(biāo)號4a為敏感彈性體，4b為敏感應(yīng)變片(R1、R2、R3、R4)。

圖3是標(biāo)準(zhǔn)傳感器組件的電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標(biāo)號4c為電路板，4d為接插件，4e為導(dǎo)線。

具體實施方式

以下將結(jié)合附圖對本實用新型內(nèi)容做進(jìn)一步說明，但本實用新型的實際制作結(jié)構(gòu)并不僅限于下述的實施例。

本實用新型所述內(nèi)嵌抗耦Stewart六維力傳感器支路結(jié)構(gòu)如圖1所示，它由自上而下依次同軸連接配合的上鉸座1、去耦組件2、上連接件3、標(biāo)準(zhǔn)傳感器組件4、下連接件5和下鉸座6組成。其中，標(biāo)準(zhǔn)傳感器組件4的兩端分別與上、下連接件3、5螺紋套穿連接，下連接件5直接與下鉸座6螺紋相連，上連接件3與去耦組件2下端螺紋連接，上鉸座1與去耦組件2另一端螺紋連接，下鉸座6上端開有螺紋孔與下連接件5相連，上鉸座1的下端開有螺紋孔與去耦組件2上端相連。

本實用新型中標(biāo)準(zhǔn)傳感器組件4的結(jié)構(gòu)如圖2和圖3所示，標(biāo)準(zhǔn)傳感器組件4由一個接插件4d和一個橢圓型內(nèi)嵌十字梁結(jié)構(gòu)的敏感彈性體4a共同構(gòu)成，其中敏感彈性體4a的十字梁結(jié)構(gòu)的端面法線與支路方向垂直；電路板4c裝配在十字梁結(jié)構(gòu)的敏感彈性體4a下側(cè)表面，四個由應(yīng)變電阻R1、R2、R3、R4構(gòu)成的敏感應(yīng)變片4b對稱粘貼于十字梁結(jié)構(gòu)的敏感彈性體4a上側(cè)表面，各敏感應(yīng)變片4b通過焊接方式與電路板4c構(gòu)成一組惠斯通電橋，惠斯通電橋處于彈性體4a的最大形變區(qū)，敏感應(yīng)變片4b中心位置所在半徑與十字梁結(jié)構(gòu)的橢圓半徑之比為0.85:1。

本實用新型中去耦組件2為一個可沿支路中心軸自由轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)軸承。

本實用新型產(chǎn)品的制作步驟為：

1、將已加工處理的彈性體4a工作表面進(jìn)行清洗、打磨、劃線、刷膠等工藝步驟后將敏感應(yīng)變片4b粘貼于處理表面，然后在電路板4c上利用導(dǎo)線4e將四個敏感應(yīng)變片4b(電阻R1、R2、R3、R4)組成惠斯通橋路，再與接插件4d完成連接。

2、使標(biāo)準(zhǔn)傳感器組件4位于完整支路傳感器組件的中間，兩端分別與上、下連接件3、5相連；然后將下連接件5與下鉸座6相連，繼而上連接件3先與去耦組件2相連再連接上鉸座1，完成完整支路傳感器組件的裝配；裝配中須保證裝配后組件的同軸度在一定的誤差范圍內(nèi)。