全文摘要
本实用新型公开了一种无耦合的多维力传感器过载保护装置，包括套筒壳体以及第一限位板，所述第一限位板与多维力传感器的弹性体的加载台相互固连，两者上分别设有相互配合的凸柱和凹槽，所述凸柱伸入所述凹槽内，且所述凸柱与所述凹槽之间留有孔轴间隙，所述第一限位板的顶面四周边缘与多维力传感器的支撑架的底面之间留有轴向间距。本实用新型过载保护装置能够独立调整多维力传感器各个方向的过载能力，并能够实现精确的力\/力矩的过载保护。
主设计要求
1.一种无耦合的多维力传感器过载保护装置，多维力传感器的弹性体(6)包括支撑架(61)以及设置在支撑架(61)上的加载台(62)，其特征在于：包括套筒壳体(1)以及第一限位板(2)，所述套筒壳体(1)的内壁上设置有托板(15)，多维力传感器的弹性体(6)位于所述套筒壳体(1)内，且多维力传感器的弹性体(6)的支撑架(61)与所述托板(15)相互固连；所述第一限位板(2)也位于所述套筒壳体(1)内，且所述第一限位板(2)与多维力传感器的弹性体(6)的加载台(62)相互固连，所述第一限位板(2)的朝向多维力传感器的一面四周边缘设有一个以上的凸柱(24)，多维力传感器的弹性体(6)的支撑架(61)上相应所述凸柱(24)的位置处开有凹槽(63)，或者所述第一限位板(2)的朝向多维力传感器的一面四周边缘开有一个以上的凹槽(63)，多维力传感器的弹性体(6)的支撑架(61)上相应所述凹槽(63)的位置处设有凸柱(24)，所述凸柱(24)伸入所述凹槽(63)内，且所述凸柱(24)与所述凹槽(63)之间留有孔轴间隙，所述第一限位板(2)的朝向多维力传感器的一面四周边缘与多维力传感器的弹性体(6)的支撑架(61)的对应端面之间留有轴向间距。
设计方案
1.一种无耦合的多维力传感器过载保护装置，多维力传感器的弹性体(6)包括支撑架(61)以及设置在支撑架(61)上的加载台(62)，其特征在于：包括套筒壳体(1)以及第一限位板(2)，所述套筒壳体(1)的内壁上设置有托板(15)，多维力传感器的弹性体(6)位于所述套筒壳体(1)内，且多维力传感器的弹性体(6)的支撑架(61)与所述托板(15)相互固连；
所述第一限位板(2)也位于所述套筒壳体(1)内，且所述第一限位板(2)与多维力传感器的弹性体(6)的加载台(62)相互固连，所述第一限位板(2)的朝向多维力传感器的一面四周边缘设有一个以上的凸柱(24)，多维力传感器的弹性体(6)的支撑架(61)上相应所述凸柱(24)的位置处开有凹槽(63)，或者所述第一限位板(2)的朝向多维力传感器的一面四周边缘开有一个以上的凹槽(63)，多维力传感器的弹性体(6)的支撑架(61)上相应所述凹槽(63)的位置处设有凸柱(24)，所述凸柱(24)伸入所述凹槽(63)内，且所述凸柱(24)与所述凹槽(63)之间留有孔轴间隙，所述第一限位板(2)的朝向多维力传感器的一面四周边缘与多维力传感器的弹性体(6)的支撑架(61)的对应端面之间留有轴向间距。
2.如权利要求1所述的无耦合的多维力传感器过载保护装置，其特征在于：还包括第二限位板(3)以及限位块(4)，所述第二限位板(3)固连在所述套筒壳体(1)内，且所述第二限位板(3)置于所述第一限位板(2)的下方或者上方，所述第一限位板(2)的朝向所述第二限位板(3)的一面中心设有内大外小的阶梯轴(25)，所述第二限位板(3)的中心开有限位孔(33)，所述阶梯轴(25)的直径较小段穿过所述限位孔(33)，所述限位块(4)固连在所述阶梯轴(25)的直径较小段的自由端，且所述阶梯轴(25)的直径较小段与所述限位孔(33)之间留有孔轴间隙，所述阶梯轴(25)的轴肩与所述第二限位板(3)之间以及所述限位块(4)与所述第二限位板(3)之间留有相同的轴向间距。
3.如权利要求2所述的无耦合的多维力传感器过载保护装置，其特征在于：所述套筒壳体(1)从上至下由第一套筒(11)和第二套筒(12)构成，所述第一套筒(11)的下端外周设有径向向外伸出的第一凸缘(13)，所述第二套筒(12)的上端外周设有径向向外伸出的第二凸缘(14)，所述第二限位板(3)夹持在所述第一凸缘(13)和第二凸缘(14)之间实现固定。
4.如权利要求1或2或3所述的无耦合的多维力传感器过载保护装置，其特征在于：所述第一限位板(2)包括第一环状支撑板(21)、两根以上呈放射状分布的第一支撑杆(22)以及与所述第一支撑杆(22)数量相同的凸台(23)，各所述第一支撑杆(22)的外端分别一一对应与各所述凸台(23)固连，各所述第一支撑杆(22)的内端一体成型，各所述凸台(23)分别固定在所述第一环状支撑板(21)的内周壁上，且所述凸台(23)的顶面高于所述第一环状支撑板(21)，所述第一限位板(2)以各所述凸台(23)与多维力传感器的弹性体(6)的加载台(62)相互固连。
5.如权利要求2或3所述的无耦合的多维力传感器过载保护装置，其特征在于：所述第二限位板(3)包括第二环状支撑板(31)以及两根以上呈放射状分布的第二支撑杆(32)，各所述第二支撑杆(32)的外端分别固连在所述第二环状支撑板(31)的内周壁上，各所述第二支撑杆(32)的内端一体成型。
6.如权利要求1或2或3所述的无耦合的多维力传感器过载保护装置，其特征在于：多维力传感器的弹性体(6)是三梁结构、十字横梁结构、E型膜片结构、Stewart结构中的任意一种。
设计说明书
技术领域
本实用新型涉及传感器技术领域，具体地说涉及一种无耦合的多维力传感器过载保护装置。
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，六维力传感器因能同时感知三维空间中的全力信息，是作为空间机器人智能化特征的一个关键部件。多维力传感器一般包括支撑架以及设置在支撑架上的加载台，六维力传感器的核心是弹性体的设计，弹性体的结构直接决定着整个传感器的性能，是传感器性能优劣的关键。
六维力传感器的过载保护直接关系到六维力传感器的使用及安全，一直以来是备受研究的焦点问题，但迄今没有一个较好的解决方法。如专利CN101419102A，CN101210850A等六维力传感器并没有过载保护功能；专利CN103528726A对六维力传感器的过载保护装置没有考虑耦合的问题，难以实现精确的过载保护。为增强多维力传感器的可靠性，避免在过载和冲击过程中传感器弹性体产生塑性变形，对于多维力传感器过载保护装置的研究至关重要。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能够独立调整多维力传感器各个方向的过载能力，并能够实现精确的力\/力矩的过载保护的无耦合的无耦合的多维力传感器过载保护装置。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：一种无耦合的多维力传感器过载保护装置，包括套筒壳体以及第一限位板，多维力传感器的弹性体包括支撑架以及设置在支撑架上的加载台，所述套筒壳体的内壁上设置有托板，多维力传感器的弹性体位于所述套筒壳体内，且多维力传感器的弹性体的支撑架与所述托板相互固连；
所述第一限位板也位于所述套筒壳体内，且所述第一限位板与多维力传感器的弹性体的加载台相互固连，所述第一限位板的朝向多维力传感器的一面四周边缘设有一个以上的凸柱，多维力传感器的弹性体的支撑架上相应所述凸柱的位置处开有凹槽，或者所述第一限位板的朝向多维力传感器的一面四周边缘开有一个以上的凹槽，多维力传感器的弹性体的支撑架上相应所述凹槽的位置处设有凸柱，所述凸柱伸入所述凹槽内，且所述凸柱与所述凹槽之间留有孔轴间隙，所述第一限位板的朝向多维力传感器的一面四周边缘与多维力传感器的弹性体的支撑架的对应端面之间留有轴向间距。
进一步地，还包括第二限位板以及限位块，所述第二限位板固连在所述套筒壳体内，且所述第二限位板置于所述第一限位板的下方或者上方，所述第一限位板的朝向所述第二限位板的一面中心设有内大外小的阶梯轴，所述第二限位板的中心开有限位孔，所述阶梯轴的直径较小段穿过所述限位孔，所述限位块固连在所述阶梯轴的直径较小段的自由端，且所述阶梯轴的直径较小段与所述限位孔之间留有孔轴间隙，所述阶梯轴的轴肩与所述第二限位板之间以及所述限位块与所述第二限位板之间留有相同的轴向间距。
进一步地，所述套筒壳体从上至下由第一套筒和第二套筒构成，所述第一套筒的下端外周设有径向向外伸出的第一凸缘，所述第二套筒的上端外周设有径向向外伸出的第二凸缘，所述第二限位板夹持在所述第一凸缘和第二凸缘之间实现固定。
进一步地，所述第一限位板包括第一环状支撑板、两根以上呈放射状分布的第一支撑杆以及与所述第一支撑杆数量相同的凸台，各所述第一支撑杆的外端分别一一对应与各所述凸台固连，各所述第一支撑杆的内端一体成型，各所述凸台分别固定在所述第一环状支撑板的内周壁上，且所述凸台的顶面高于所述第一环状支撑板，所述第一限位板以各所述凸台与多维力传感器的弹性体的加载台相互固连。
进一步地，所述第二限位板包括第二环状支撑板以及两根以上呈放射状分布的第二支撑杆，各所述第二支撑杆的外端分别固连在所述第二环状支撑板的内周壁上，各所述第二支撑杆的内端一体成型。
进一步地，多维力传感器的弹性体是三梁结构、十字横梁结构、E型膜片结构、Stewart结构中的任意一种。
本实用新型的有益效果体现在：
1.本实用新型对结构设计要求低，容易实施，能够独立调整多维力传感器各个方向的过载能力，并能够实现精确的力\/力矩的过载保护，保护效果稳定、可靠；
2.本实用新型中，套筒壳体以及支撑架作为支撑端，加载台作为加载端，相当于在第一限位板与支撑端之间设置有周向间隙配合的结构以及端面间隙配合的结构，通过设定不同的间隙t1可以实现力矩Mz的过载保护，通过设定不同的轴向间距t2可以实现力矩Mx和My的过载保护；
3.本实用新型中，第一限位板、第二限位板以及限位块之间相互配合，相当于设置为周向间隙配合的结构以及端面间隙配合的结构，通过设定不同的间隙t3可以实现力Fx和Fy的过载保护，通过设定不同的轴向间距t4可以实现力Fz的过载保护，可以实现对多维力传感器无耦合的过载保护；
4.本实用新型结构简单，易于加工，能够独立调整多维力传感器各个方向的过载能力，并能够实现精确的力\/力矩的过载保护。
附图说明
图1是本实用新型一实施例的立体结构示意图。
图2是本实用新型一实施例的俯视图。
图3是A-A剖视图。
图4是B处放大图。
图5是C处放大图。
图6是本实用新型一实施例的结构分解图。
图7是本实用新型一实施例中第一限位板的俯视图。
图8是本实用新型一实施例中第一限位板的侧视图。
图9是本实用新型一实施例中第二限位板的俯视图。
图10是本实用新型另一实施例的结构分解图。
附图中各部件的标记为：1套筒壳体、2第一限位板、3第二限位板、4限位块、5盖板、6多维力传感器的弹性体、11第一套筒、12第二套筒、13第一凸缘、14第二凸缘、15托板、16第三凸缘、17第四凸缘、21第一环状支撑板、22第一支撑杆、23凸台、24凸柱、25阶梯轴、26通孔、27定位孔、28第三安装孔、31第二环状支撑板、32第二支撑杆、33限位孔、34第一安装孔、35第二安装孔、61支撑架、62加载台、63凹槽。
具体实施方式
下面将参考附图来详细说明本实用新型。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。
本实用新型无耦合的多维力传感器过载保护装置，是根据不同载荷作用下多维力传感器的支撑端与加载端之间的位置变化(位移)情况，通过限制多维力传感器的支撑端与加载端之间的位置变化(位移)阈值来进行过载保护。
支撑端可以是多维力传感器的壳体、基座、下盖、弹性体的固定支撑等能够为加载台提供直接\/间接支撑的结构；加载端可以是多维力传感器的弹性体的加载台、弹性体的上盖等。
参见图1至图6。
本实用新型无耦合的多维力传感器过载保护装置，包括套筒壳体1以及第一限位板2，多维力传感器的弹性体6包括支撑架61以及设置在支撑架61上的加载台62，所述套筒壳体1的内壁上设置有托板15，多维力传感器的弹性体6位于所述套筒壳体1内，且多维力传感器的弹性体6的支撑架61支撑在所述托板15上并与所述托板15相互固连；
所述第一限位板2也位于所述套筒壳体1内，且所述第一限位板2与多维力传感器的弹性体6的加载台62相互固连，所述第一限位板2的朝向多维力传感器的一面四周边缘设有一个以上的凸柱24，多维力传感器的弹性体6的支撑架61上相应所述凸柱24的位置处开有凹槽63，或者所述第一限位板2的朝向多维力传感器的一面四周边缘开有一个以上的凹槽63，多维力传感器的弹性体6的支撑架61上相应所述凹槽63的位置处设有凸柱24，所述凸柱24伸入所述凹槽63内，且所述凸柱24与所述凹槽63之间留有孔轴间隙，图4中t1所示，所述第一限位板2的朝向多维力传感器的一面四周边缘与多维力传感器的弹性体6的支撑架61的对应端面之间留有轴向间距，图4中t2所示。
本实用新型做上述设计，套筒壳体以及支撑架作为支撑端，加载台作为加载端，相当于在第一限位板与支撑端之间设置有周向间隙配合的结构以及端面间隙配合的结构，通过设定不同的间隙t1可以实现力矩Mz的过载保护，通过设定不同的轴向间距t2可以实现力矩Mx和My的过载保护，本实用新型对结构设计要求低，容易实施，而且保护效果稳定、可靠。
具体实施中，多维力传感器的弹性体6可以是三梁结构、十字横梁结构、E型膜片结构、Stewart结构中的任意一种。
在一实施例中，参见图3和5，还包括第二限位板3以及限位块4，所述第二限位板3固连在所述套筒壳体1内，且所述第二限位板3置于所述第一限位板2的下方或者上方，所述第一限位板2的朝向所述第二限位板3的一面中心设有内大外小的阶梯轴25，所述第二限位板3的中心开有限位孔33，所述阶梯轴25的直径较小段穿过所述限位孔33，所述限位块4固连在所述阶梯轴25的直径较小段的自由端，且所述阶梯轴25的直径较小段与所述限位孔33之间留有孔轴间隙，图5中t3所示，所述阶梯轴25的轴肩与所述第二限位板3之间以及所述限位块4与所述第二限位板3之间留有相同的轴向间距，图5中t4所示。
附图仅例示了第二限位板3位于第一限位板2的下方的情况，第二限位板3位于第一限位板2的上方的情况与附图例示的结构基本对称，第二限位板的结构和安装方式根据安装位置的变化做相应调整，这些是本领域技术人员可以根据需要而设计的，为简洁描述起见，仅以图10的分解图帮助理解。
做上述设计，相当于在第一限位板与第二限位板之间设置有孔轴间隙配合的结构以及端面两侧间隙配合的结构，通过设定不同的孔轴间隙t3可以实现力Fx和Fy的过载保护，通过设定不同的间距t4可以实现力Fz的过载保护。
通过上述两套限位设计，可以在多维力传感器的中心轴线附近分别限制其加载端的轴向位移和径向位移实现对力的过载保护，在多维力传感器的四周分别限制其加载端的倾覆转角和周向转角实现对力矩的过载保护，能够分开限制力和力矩产生的位移阈值，即在多维力传感器中心轴线附近限制力的线位移阈值，在远离多维力传感器中心轴线的四周处限制力矩的角位移阈值，综合作用，实现对多维力传感器无耦合的过载保护。
在一实施例中，参见图1、3和6，所述套筒壳体1从上至下由第一套筒11和第二套筒12构成，所述第一套筒11的下端外周设有径向向外伸出的第一凸缘13，所述第二套筒12的上端外周设有径向向外伸出的第二凸缘14，所述第二限位板3夹持在所述第一凸缘13和第二凸缘14之间实现固定。这样设计，更容易制作安装，结构更加合理、稳定。
以下，参见图3、7和8。
在一实施例中，所述第一限位板2包括第一环状支撑板21、两根以上呈放射状分布的第一支撑杆22以及与所述第一支撑杆22数量相同的凸台23，各所述第一支撑杆22的外端分别一一对应与各所述凸台23固连，各所述第一支撑杆22的内端一体成型，各所述凸台23分别固定在所述第一环状支撑板21的内周壁上，且所述凸台23的顶面高于所述第一环状支撑板21，所述第一限位板2以各所述凸台23与多维力传感器的弹性体6的加载台62相互固连。这样设计，第一限位板的结构更加简洁，容易与多维力传感器配合。
在一实施例中，所述第一环状支撑板21上开有多个沿所述第一环状支撑板21的周向间隔分布的通孔26。通孔26是为了减轻第一限位板的重量，其结构形式不唯一。
优选地，所述阶梯轴25设置在各所述第一支撑杆22的内端的底面，各所述第一支撑杆22的内端以及所述阶梯轴25上开有贯通两者的定位孔27。定位孔是为了固定限位块而预留的定位孔。
优选地，所述凸台23上开有第三安装孔28，用于与加载台通过螺栓连接。
以下参见图3和9。
在一实施例中，所述第二限位板3包括第二环状支撑板31以及两根以上呈放射状分布的第二支撑杆32，各所述第二支撑杆32的外端分别固连在所述第二环状支撑板31的内周壁上，各所述第二支撑杆32的内端一体成型。这样设计，第二限位板的结构更加简洁。
在一实施例中，各所述第二支撑杆32上分别开有第一安装孔34，用于固定电路板。
优选地，所述第二环状支撑板31上沿其周向开有多个间隔分布的第二安装孔35，用于与第一凸缘和第二凸缘通过螺栓连接。
在一实施例中，还包括盖板5，所述盖板5可拆卸连接在所述套筒壳体1的上端。盖板用于开关套筒壳体的上端口。
参见图3，优选地，所述套筒壳体1的上端外周设有径向向外伸出的第三凸缘16，用于与盖板5可拆卸连接；所述套筒壳体1的下端外周设有径向向外伸出的第四凸缘17，用于安装固定套筒壳体；优选地，所述支撑架61与所述套筒壳体1可以一体成型，整体加工。
图中例示的多维力传感器的弹性体是水平十字梁式结构，当然还可以是双E膜片式结构，或者三梁结构、十字横梁结构、E型膜片结构、Stewart结构等中的任意一种；所述限位块可以是圆形、方形、椭圆以及其它不规则图形。
本实用新型中所述过载保护装置能够独立调整多维力传感器各个方向的过载能力，且结构简单，易于加工，并能够实现精确的力\/力矩的过载保护。
应当理解本文所述的例子和实施方式仅为了说明，并不用于限制本实用新型，本领域技术人员可根据它做出各种修改或变化，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920283956.5
申请日:2019-03-07
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:34(安徽)
授权编号:CN209356097U
授权时间:20190906
主分类号:G01L 1/26
专利分类号:G01L1/26;G01L5/16
范畴分类:31J;
申请人:合肥工业大学
第一申请人:合肥工业大学
申请人地址:230009 安徽省合肥市包河区屯溪路193号
发明人:王勇;刘浩东;李春风;胡珊珊;陆益民;陈恩伟;刘正士
第一发明人:王勇
当前权利人:合肥工业大学
代理人:姜玲燕
代理机构:34148
代理机构编号:合肥兴东知识产权代理有限公司
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计