一种电容式六维力传感器制造技术

本实用新型专利技术提供了一种电容式六维力传感器，该传感器包括：支撑外框；端盖，设置在支撑外框上，并且，端盖和支撑外框之间围设形成测量腔体；弹性体，其设置在支撑外框上，用于连接待测件，并在待测件输入作用力时进行弹性变形；测量极板，位于测量腔体内且设置在弹性件上，并且，测量极板用于在弹性体进行弹性变形时随弹性体相对于支撑外框运动，以使测量极板与支撑外框之间的间距发生变化，进而基于间距的变化感知待测件上输入的作用力。本实用新型专利技术该传感器实现微应变的非接触式电容测量，可以对力传感器的微应变进行精准感知，提高了传感器的精度和响应速度，解决了现有六维力传感器灵敏系数较低的问题。灵敏系数较低的问题。灵敏系数较低的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种电容式六维力传感器


[0001]本技术涉及传感器
，具体而言，涉及一种电容式六维力传感器。

技术介绍

[0002]六维力传感器能够同时测量空间力(Fx、Fy、Fz)和力矩(Mx、My、Mz)信号，在机器人、机械加工、自动化和人机交互等领域具有非常广泛的应用。传统六维力传感器大多采用电阻应变片作为感知结构。
[0003]然而，应变片的灵敏系数较低，产生的电信号通常仅为毫伏级，需要采用高倍率的放大电路，引入测量噪声，影响传感器的信噪比。此外，电阻应变片需要粘贴在传感器的特定位置上，工艺过程复杂，且测量一致性难以得到保证。

技术实现思路

[0004]鉴于此，本技术提出了一种电容式六维力传感器，旨在解决现有六维力传感器灵敏系数较低的问题。
[0005]本技术提出了一种电容式六维力传感器，该电容式六维力传感器包括：支撑外框；端盖，设置在所述支撑外框上，并且，所述端盖和所述支撑外框之间围设形成测量腔体；弹性体，其设置在所述支撑外框上，用于连接待测件，并在所述待测件输入作用力时进行弹性变形；测量极板，位于所述测量腔体内且设置在所述弹性件上，并且，所述测量极板用于在所述弹性体进行弹性变形时随所述弹性体相对于所述支撑外框运动，以使所述测量极板与所述支撑外框之间的间距发生变化，进而基于间距的变化感知所述待测件上输入的作用力。
[0006]进一步地，上述电容式六维力传感器，所述弹性体包括：若干个弧形弹片，各所述弧形弹片呈圆周分布且均与所述支撑外框相连接；中心块，设置在所述弧形弹片围设的圆周的内部，并且，所述中心块和各所述弧形弹片通过连接杆相连接，用于连接被测物和测量极板，并当所述被测物输入作用力时，在所述弧形弹片和所述连接杆的弹性变形作用下带动所述测量极板进行运动。
[0007]进一步地，上述电容式六维力传感器，所述中心块的顶部凸设至所述测量腔体的内部，以使所述测量极板和所述支撑外框底板之间具有间隙；所述中心块位于所述测量腔体的第一壁面上设有第一连接孔，用于连接所述测量极板；所述中心块与所述第一壁面相背的第二壁面上设有第二连接孔，用于连接被测物。
[0008]进一步地，上述电容式六维力传感器，所述弧形弹片与所述支撑外框之间设有弧形切口，所述连接杆与所述支撑外框之间具有间隙。
[0009]进一步地，上述电容式六维力传感器，所述支撑外框的底板上设有中心变形孔和切槽，形成至少三个沿所述支撑外框周向间隔设置的支撑板；各所述支撑板朝向所述测量腔体的壁面上均设有水平静极板，所述测量极板上与所述水平静极板相对的壁面上设有水平动极板，其与所述水平静极板一一对应，所述水平静极板和所述水平动极板之间具有间
隙且构成横向电容，用于感知水平平面外的作用力。
[0010]进一步地，上述电容式六维力传感器，所述支撑外框的内壁上沿其周向设有至少三个间隔设置的凸块，所述凸块与所述支撑板之间沿所述支撑外框的周向错位设置，并且，所述凸块的测量侧壁沿所述支撑外框的径向设置，所述凸块的测量侧壁上设有竖直静极板；所述测量极板上沿其周向设有与所述凸块一一对应的凹槽，所述凹槽与所述凸块相适配，所述凹槽的测量内壁与所述凸块的测量侧壁相对设置，并且，所述凹槽的测量内壁设有与所述竖直静极板相对应的竖直动极板，所述竖直静极板和所述竖直动极板具有间隙且构成竖向电容，用于感知水平平面内的作用力。
[0011]进一步地，上述电容式六维力传感器，各所述凸块背向所述支撑板的壁面上设有第三连接孔，用于连接所述端盖；所述端盖上设有第四连接孔，其与所述第三连接孔相适配，用于实现所述端盖和所述支撑外框之间的连接。
[0012]进一步地，上述电容式六维力传感器，所述测量极板包括：中心连接部和若干个支撑部；其中，所述支撑部与所述支撑外框的支撑板一一对应，并且，各所述支撑部沿所述中心连接部的外周间隔设置，任意相邻两个所述支撑部之间均设有凹槽，所述支撑部用于对水平动极板和竖向动极板进行支撑。
[0013]进一步地，上述电容式六维力传感器，所述端盖上设有安装孔，用于进行所述端盖的安装固定。
[0014]进一步地，上述电容式六维力传感器，所述端盖上设有定位孔，用于进行定位。
[0015]本技术提供的电容式六维力传感器，通过支撑外框上设置的弹性体在待测件输入作用力时进行弹性变形，以带动测量极板进行运动，使感应电容的极板间距发生变化，最终导致电容值的变化，可利用电容测量芯片读取变化的电容值，通过标定建立电容值与外力之间的关系即可实现对外力的测量。该传感器实现微应变的非接触式电容测量，可以对力传感器的微应变进行精准感知，提高了传感器的精度和响应速度，即具有测量精度高、动态响应快等特点，解决了现有六维力传感器灵敏系数较低的问题；同时，该传感器还具有如下优点：
[0016]第一、动极板设置在测量极板上即位于同一块PCB电路上，同时利用测量极板的底面和侧面构造测量电容，简化了电极分布，便于加工和安装；
[0017]第二、有效利用了传感器的内部空间，提高了结构的紧凑性；
[0018]第三、测量极板即测量电路完全封装在传感器的内部，抗干扰能力强。
附图说明
[0019]通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
[0020]图1为本技术实施例提供的电容式六维力传感器的结构示意图；
[0021]图2为本技术实施例提供的支撑外框和弹性体之间的结构示意图；
[0022]图3为本技术实施例提供的支撑外框和弹性体之间的又一方向的结构示意图；
[0023]图4为本技术实施例提供的支撑外框和弹性体之间的仰视图；
[0024]图5为本技术实施例提供的支撑外框和弹性体之间的俯视图；
[0025]图6为本技术实施例提供的测量极板的仰视图；
[0026]图7为本技术实施例提供的端盖的俯视图。
具体实施方式
[0027]下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术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技术。
[0028]参见图1，其为本技术实施例提供的电容式六维力传感器的结构示意图。如图所示，该电容式六维力传感器包括：支撑外框1、弹性体2、测量极板3和端盖4；其中，
[0029]端盖4设置在支撑外框1上，并且，端盖4和所述支撑外框1之间围设形成测量腔体。具体地，支撑外框1起到支撑作用，其可以为内部中空且一端开口的圆柱壳体结本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电容式六维力传感器，其特征在于，包括：支撑外框；端盖，设置在所述支撑外框上，并且，所述端盖和所述支撑外框之间围设形成测量腔体；弹性体，其设置在所述支撑外框上，用于连接待测件，并在所述待测件输入作用力时进行弹性变形；测量极板，位于所述测量腔体内且设置在所述弹性体上，并且，所述测量极板用于在所述弹性体进行弹性变形时随所述弹性体相对于所述支撑外框运动，以使所述测量极板与所述支撑外框之间的间距发生变化，进而基于间距的变化感知所述待测件上输入的作用力。2.根据权利要求1所述的电容式六维力传感器，其特征在于，所述弹性体包括：若干个弧形弹片，各所述弧形弹片呈圆周分布且均与所述支撑外框相连接；中心块，设置在所述弧形弹片围设的圆周的内部，并且，所述中心块和各所述弧形弹片通过连接杆相连接，用于连接被测物和测量极板，并当所述被测物输入作用力时，在所述弧形弹片和所述连接杆的弹性变形作用下带动所述测量极板进行运动。3.根据权利要求2所述的电容式六维力传感器，其特征在于，所述中心块的顶部凸设至所述测量腔体的内部，以使所述测量极板和所述支撑外框底板之间具有间隙；所述中心块位于所述测量腔体的第一壁面上设有第一连接孔，用于连接所述测量极板；所述中心块与所述第一壁面相背的第二壁面上设有第二连接孔，用于连接被测物。4.根据权利要求2所述的电容式六维力传感器，其特征在于，所述弧形弹片与所述支撑外框之间设有弧形切口，所述连接杆与所述支撑外框之间具有间隙。5.根据权利要求1至4任一项所述的电容式六维力传感器，其特征在于，所述支撑外框的底板上设有中心变形孔和切槽，形成至少三个沿所述支撑外框周向间隔设置的支撑板；各所述支撑板朝向所述测量腔体的壁面上均设有水平静极板，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨淼，赵彦微，
申请(专利权)人：广东森思自动化有限公司，
类型：新型
国别省市：