Шестикоординатный датчик нагрузки

 

ШЕСТИКООРДИНАТНЫЙ ДАТЧИи НАГРУЗКИ содержащий наружное и внутреннее силовые звенья, упругую систему в виде крестЬвины, стержни котсь рой жестко закреплены одним концом на внутреннем силовом эвене, а другим в упругой направляющей, 5становленной на наружном силовом звене, и измерители перемещений внутреннего силового звена относительно наружного, о т л и чающийся тем, что, с целью повышения надежности работы датчика путем исключения мехащческих контактов, каждый измеритель перемещения выполнен в виде втулки из магнитомягкого ма териала, жестко связанной с внутренним силовым звеном и коаксиально охватывающей стержень упругой системы, и статора закрепленного I на наружном силовом звене и имекшего две взаимноперпендикулярные пары диаметрально расположенных катушек индуктивности, симметричных относительно втулки, причем магнитопрово ды катущек индуктивности офащены своим зазором в сторону втулки. СО

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

° аиИПИ РЕСПУБЛИК

g@g 601 4 5/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3385763/18-10 (22) 19.01.82 (46) 07.05;83. Бюл. No., 17 (72) Е. B. Григалюк, В. И. Кузьмин и A. А. Михайлов, (53) 531.781 (088.8) .(56) 1. Патент Великобритании

Ж 1471805, кл, 501 %, 1974.

2. Патент Великобритании

% 1518865, кл. G01 %, 1977. (прототип }.. (54}. (57) ШЕСТИКООРДИНАТНЫЙ LlATЧИ1 НАГРУЗКИ, содержаший наружное и внутреннее силовые звенья, упругую систему в виде крестовины, стержни кото .рой жестко закреплены одним концом на внутреннем силовом звене, а другим—

„,Я0„, 1016713 А в упругой направляюшей, установленной на наружном силовом звене, и измерители перемешений внутреннего силового звена относительно наружного, о т л ич а ю ш и и с я тем, что, с целью повышения надежности работы датчийа путем исключения механических контактов, каждый измеритель перемешения выполнен в виде втулки из магнитомягкого материала, жестко связанной с внутренним силовым звеном и коаксиально охватываю-. шей стержень упругой системы, и статора,закрепленного i на .наружном силовом звене и имеюшего две взаимно перпендикулярные пары диаметрально расположенных— катушек индуктивности, симметричных относительно втулки, причем магнитопрово- Е дьт катушек индуктивности обрашены своим зазором в сторону втулки.

101 6713

Изобретение относится к устройствам для измерения. сил и крутящих моментов, в частности для измерения составляю.щих вектора силы и крутящего момента в системе координат шестикоординатного датчика нагрузки, и может быть исполвзовано при создании систем управления очувствленных дистанционных манинуляторов, адаптивных промьппленных роботов и т.д.

Известен шестикоординатный датчик нагрузки, содержащий нар жное и внутреннее силовые звенья, упругую систему в виде крестовины, стержни которой жест ко закреплены одним концом во внутреннем силовом звене, и измерители перемещений внутреннего силового звена or носительно наружного Г11

Недостатками такого датчика являются

20 сложность конструкции, большая зона гистереэиса выходной статической характеристикии и низкая надежность.

Наиболее близок предлагаемому по технической сущности шестикоординатный

25 датчик нагрузки, содержащий наружное и внутреннее силовые званья, упругую систсму в виде крестовины, стержни которой жестко закреплены одним концом во внутреннем силовом звене, а другим — в упругой направляющей на наружном силовом звене, и измерители перемещений внутреннего силового звена относительно наружного. Упругая система этого датчика нагрузки имеет три упругих стержня, расположенные в плоскости в виде кресто- 35 вины под углом 120 друг к другу P2)

Наличие упругой направляющей в известном датчике нагрузки в виде листовой прямоугольной пружины снижает зону гистерезиса выходной статической ха- 40 рактеристики датчика нагрузки за счет устранения трения скольжения в подвижном соединении. Для обеспечения необходимой величины перемещения при заданной. нагрузке требуются большие габари- 45 ты упругой направляющей, что усложняет конструкцию датчика нагрузки. Перемещения внутреннего силового звена относительно наружного измеряются шестью линейными дифференциальными измерите- 50 лями перемещений, каждый из которых имеет псдпружиненный измерительный штырь, который постоянно находится в механическом контакте с измерительной поверхностью внутреннего силового звена. 55

Наличие механического контакта измерительного штыря измерителя перемещения снижает надежность датчика нагрузки, особенно при работе его в среде гидравлической жидкости. Измерение шести координат, характеризующих относительное линейное перемещение и угловой поворот внутреннего силового звена, с помощью шести отдельных измерителей перемещения усложняет конструкцию внутреннего и наружного силовых звеньев.

Бель изобретения - повышение надежности шестикоординатного датчика нагрузки путем исключения механических контактов.

Поставленная цель достигается тем, что в шестикоординатном датчике нагрузки, содержащем наружное и внутренее culIoBbIe звенья, упругую систему в виде крестовины,-стержни которой жестко закреплены одним концом на внутреннем силовом звене, а другим — в .упругой направляющей, установленной на нард кном силовом звене, и измерители перемещений внутреннего силового звена относительно наружного, каждый измеритель перемещения выполнен в виде втуптки из магнитомягкого материала, жестко связанной с внутренним силовым звеном и коаксиально охватывающей стержень упругой системъ, и craropa, закрепленного на наружном силовом звене и имеющего две взаимно перпендикулярные пары диаметрально расположенных катушек индуктивности, симметричных относительно втулки, причем магнитоприводы катушек индуктивности обращены своим зазором в сторону втулки.

На фиг. 1 показан шестикоординатный датчик нагрузки,общий вид; на фиг. 2 — сечение A-А нафиг. 1; на фиг. 3 — принципиальная схема двухкоординатного измерителя перемещений.

Шестикоординатный датчик нагрузки состоит иэ наружного силового звена 1, 0 являющегося корпусом датчика, внутреннего силового звена 2, упругой силовой системы в виде крестовины, стержни 3 которой жестко закреплены одним концом во внутреннем силовом звене 2, а другим — B упругих направляющих 4, и грех двухкоординатных индуктивных дифференциальных измерителей перемеще. ния, каждый из которых содержит жест» ко связанную с внутренним. силовым звев. ном 2 втулку 5 из магнитомягкого MBтериала, внутри которой коаксиально установлен стержень 3 упругой системы, и статор 6, имеющий две взаимно перпендикулярные пары диаметрально расположенных катушек 7, 8 и 9, 10 индуктивности на магнитопроводах 11, 12 и 13, 14 обращенных своим зазором

3 10167

15 в сторону втулки 5. Магнитопроводы

11 - 14 выполнены в виче П- или Q-. образного сердечника с зазором, Линия зазора может быть как параллельной центральной оси статора, так и под углом s к ней. Кольцевые выступы 16 в наружном силовом звене 1 служат упорами-ограничителями, которые при перегрузках датчика ограничивают упругие перемещения стержней 3 при соприкосновейии со вгу.i- 10 ками 5. Зазор между втулками 5 и кольцевыми выступами 16 выбирается в пределах упругих деформаций стержней 3.

Каждый из трех двухкоординатных диф-ференциальных индуктивных измерителей 1 перемещения измеряет вектор перемещения, пропорциональный упругой деформации стержней Э в плоскости измерения, пропорционально приложенной нагрузке в этой же плоскости. Плоскость измере- 20 ния соотвегсгвуег плоскости расположения двух пар. катушек 7,8 и 9,10 индуктивности, Упругие направляющие 4 выполнены в форме круглой плоской пружины с про- 25 резями в виде дуг 17, расходящихся от центра спирали. Такая форма упругой направляющей 4 обеспечйвает большой ход стержня в направлении, перпендикулярном ее плоскости (малую жесткость), и отсуг->0 ствие перемещений в плоскости упругой направляющей (большую жесткость), Благодаря этому свойству использованной упругой направляющей стержни 3 упругой системы разгружены от продольных нагрузок

35 и работают только на изгиб, обеспечивая .необходимое перемещение внутреннего силового звена 2 относительно наружного силового звена 1, что позволяет получить высокий уровень выходных сигналов

40 двухкоординатных деференциальных индук, тивных измерителей перемещения.

Предлагаемый датчйк работает следующим образом.

В исходном состоянии, когда нагрузка

45 не приложена ко внутреннему силовому звену 2 относительно наружного 1, стержни 3 упругой системы находятся в свободном состоянии. Расположение втулок 5 ог-. носительно статоров 6 коаксиальное, поэ- тому сопротивление магнитной цепи и, 50 соответственно, индуктивность каждой из четырех катушек 7 — 10 одинаковы. Магнитная цепь каждой катушки замыкается через зазор,15 в магнитопроводе и через зазоры, образованные магнитопроводом со втулкой.

При приложении нагрузки к внутренl нему силовому звену 2 происходит упру13 ф гая r.çôoðìàöèÿ стержней, поэтому соотг ветствуюшие втулки 5 перемещаются относительно соответствующих статоров

6, при этом изменяется длина зазора магнитопровод-втулка, что приводит к дифференциальному изменению индуктивности диаметрально расположенных катушек. Осями чувствительности- каждого двухкоординатного измерителя перемеще.ний являются направления, совпадакицие с осями диаметрально "расположенных катушек 7 — 10. К перемещениям втулки 5 вдоль и вокруг своей оси двухкоординатный измеритель перемещений нечувствителен ввиду симметрии втулки 5.

При смешении втулки 5 в любом направлении в плоскости, проходящей через оси чувствительности, выходные сигналы измерителя перемещений пропорциональны составляющим вектора перемещения по осям чувствительности. формирование сигналов, пропорциональных перемещениям, нроизводигся известными способами с помощю мостовых схем. Диаметрально расположенные катушки 7 — 10 образуют два пь лумосга, которые включены в мостовые схемы с источником питания переменного тока. Формирование составляющих вектора усилия и крутящего момента из сигналов, пропорциональных перемещениям внутреннего силового звена

2 относительно наружного и измеренных измерителями перемещений, выполняется известным способом. Таким образом, предлагаемый шестикоординагный датчик усилий обеспечивает измерение грех поступательных и грех поворотных пере-. мещений внутреннего силового звена огносигельно наружного, которые соогвет ствуюг усилиям и крутящим моментам, приложенным к внутреннему силовому звену.

Упрощение конструкции шестикоординатнрго датчика нагрузки обеспечено применением двухкоординатных дифференциальных измерителей перемещений предлагаемой конструкции и выполнением упругих направляющих в форме круглой плоской пружины с прорезями в виде дуг, расходящихся or центра по спирали, Кроме того, коаксиальное расположение элеменгов упругой и измеригальной систем обеспечивает технологичность конструкции что упрощает изготовление и регулировку шесгикоординагного датчи. ка нагрузки. Повышение надежности обеспечивается применением средств измерения перемещений без механических контактов.

101 6713.

ВНИИПИ Заказ 3378/44 Тираж 873 Поцписное

e««ä ППП Патент, г. Ужгород, уп. Проектная, 4