Силомоментный датчик

 

СИЛОМОМЕНТНЫЙ ДАТЧИК, содержащий первый и второй сиповоспринимающие фланцы, центральный стержень с жестко присоединенными чувствительными элементами в виде пластин , на широких гранях которых размещены измерители деформации, продольные оси элементов расположены во взаимно перпендикулярных плоскостях , а точки пересечения этих 1€Егк ; 5у0 осей лежат на продольной оси датчика , первый фланец соединен с центральным стержнем чувствительными элементами, широкие грани которых лежат в плоскости, перпендикулярной оси датчика, а второй фланец соединен с центральным стержнем элементами, широкие грани которых лежат в плоскостях, параллельных оси датчика, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности и расширения динамического диапазона измерения за счет уменьшения взаимного влияния внутренних силовых факторов, соединение перво- J го фланца с чувствительными элемен (Л тами выполнено в виде цилиндрической двухподвижной кинематической пары, а второй фланец соединен с чувствительными элементами через мембраны, плоскости которых параллельны оси датчика.

„„SU„„

СОЮЗ СОВЕТСКИХ OUHÎ

РЕСПУБЛИК

878 А (д) G 01 L 1/22

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3674884/24-10 . (22) 13.12.83 (46) 15.05.85. Вюл. № 18 (72) В.Г. Запускалов, Л,П. Шацкая, А.К. Легкобыт и P.Ï. Чернышев (71) Научно-исследовательский институт интроскопии (53) 531.781(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

¹ 795940, кл. В 25 3 15/00, 1979.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 5?9548, кл. G 01 L 5/16, 1975. (54)(57) СИЛОМОМЕНТНЫЙ ДАТЧИК, содержащий первый и второй силовоспринимающие фланцы, центральный стержень с жестко присоединенными чувствительными элементами в виде пластин, на широких гранях которых размещены измерители деформации, продольные оси элементов расположены во взаимно перпендикулярных плоскостях, а точки пересечения этих осей лежат на продольной оси датчика., первый фланец соединен с центральным стержнем чувствительными элементами, широкие грани которых лежат в плоскости, перпендикулярной оси датчика, а второй фланец соединен с центральным стержнем элементами, широкие грани которых лежат в плоскостях, параллельных оси датчика, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью повышения точности и расширения динамического диапазона измерения за счет уменьшения взаимного влияния внутренних силовых факторов, соединение перво- Я

ro фланца с чувствительными элементами выполнено в виде цилиндрической двухподвижной кинематической пары, а второй фланец соединен с чувствительными элементами через мембраны, плоскости которых параллельны оси датчика.

1155878

Из о брет ение относится к силоизмерительной технике, в частности для измерения главного вектора сил и моментов сил, и может быть использовано для очувствления роботов- 5 мани пуля то ро в, Известен силомоментный датчик, содержащий силовоспринимающие фланцы, четыре пары взаимоперпендикулярных продольных и четырех поперечных чувствительных элементов с расположенными на них измерителями деформации (1).

11едостатками указанного устройства. являются невысокая точность из- 15 за взаимного влияния деформируемых чувствительных элементов и ограниченный из-за присоединенных масс динампческпй диапазон измерения.

Наиболее близким по технической N сущности к изобретению является силомаментный датчик, содержащий первый и второй снловоспринимающие фланцы, центральный стержень с жестко присоединенными чувствительными элемен- тами в виде пластин, Va широких гранях которых размещены тензорезисторы, продольные оси элементов расположены во взаимно перпендикулярных плоскостях, а точки пересечения этих осей 30 лежат на продольной оси датчика, первый фланец соединен с центральным стержнем чувствительными элементами, широкие грани которых лежат в плоскости, перпендикулярной продольной З5 оси датчика., а второй фланец соединен с центральным стержнем элементами, широкие грани которых лежат в плоскостях, параллельных продольной оси датчика Г2). 40

Недостатком этого устройства явля- ется взаимовлияние деформации чувствительных элементов, которое понижает точность измерения компонентов сил и моментов ° 45

Целью изобретения является повьппение точности и расширение динамического диапазона измерения.

Укаэанная цель достигается тем, чта в еиломоментнам датчике, содержа- 50 щем первый и второй силовоспринимающие фланцы, центральный стержень с жестко присоединенными чувствительными элементами .в виде пластин, на широких гранях которых размещены из мерители деформации, продольные оси элементов расположены во взаимно перпендикулярных плоскостях, а точки пересечения этих осей лежат на продольной оси датчика, первый фланец соединен с центральным стержнем чувствительными элементами, широкие грани которых лежат в плоскости, перпендикулярной оси датчика, а второй фланец соединен с центральным стержнем элементами, широкие грани которых лежат в плоскостях, параллельных оси датчика, соединение первого фланца с чувствительными элементами выполнено в виде цилиндрической двухподвижной кинематическай пары, а второй фланец соединен с чувствительными элементами через мембраны, плоскости которых параллельны оси датчика.

На фиг. 1 изображена конструкция датчика, общий вид; на фиг, 2 — соединение чувствительных пластин с первым фланцем; на фиг. 3 — соединение чувствительных пластин со вторым фланцем.

Датчик содержит первый 1 и второй

2 фланцы, соединенные с центральным стержнем 3 посредством крестообразно размещенных двух пар чувствительных элементов в виде пластин.

4-5, 6-7, 8-9 и 10 11 с прикрепленными к обоим сторонам (широким граням} пластин измерителями деформации 12. Чувствительные пластины 8-9 и 10-11 соединены с фланцем 2 через мембраны 13- 16, выполненные, например, в виде удлиненных полос уменьшенного прямоугольного сечения, лежащего в плоскостях, параллельных продольной оси датчика. Соединение мембран с фланцем и чувствительными элементами выполнено жестким.

Плоскости мембран перпендикулярны продальньм осям чувствительных элементов.

Крестообразные направления пар чувствительных элементов 4-5, 6-7, 8-9 и 10-11 лежат в единых взаимна перпендикулярных плоскостях, пересекающихся па оси симметрии датчика. Соединение чувствительных элементов 4-5 и 6-7, расположенных в плоскости, перпендикулярной продольной аси, выполнено в виде цилиндрической двухподвижной кинематической пары с ограниченной возможностью перемещения в плоскости, перпендикулярной продольной оси.

Датчик работает следующим образам.

1155878

Датчик укрепляют за фланец 1 к месту базирования, например к руке манипулятора, а фланец 2 соединяют с схватом манипулятора.

При действии силы F, направлен- 5 ной по оси симметрии датчика, деформироваться в одинаковом направлении будут все пластины 4-7, на измерителях деформации которых появятся сигналы одного знака с одной стороны пластин и другого знака— с другой стороны пластин. После суммирования сигналов одного знака получаем искомую величину силы F действующей по оси симметри датчи;;.а. 15

При действии силы, направленной по одной из координатных осей в плоскости, перпендикулярной оси симметрии датчика, например по оси Х, деформироваться в одинаковом направ- 20 ленни будут пластины 8-9, на измерителях 12 деформации которых появятся сигналы одного знака с одной стороны этой пары и другого энака— с другой стороны этой пары. После суммирования сигналов, одного знака получают искомую силу. Аналогично определяется сила F>.

При действии крутящего момента

М относительно оси симметрии датчика деформируются упругие пластины

8-9 и 10-11, причем однонаправленные грани пар чувствительных элементов деформируются в противоположных направлениях. Поэтому величина момента определяется суммированием сигналов одного знака с измерителей 12 с пластин 8 9 и 10-11.

При действии крутящего момента

М„ деформируется пара упругих пластин 4-5, причем однонаправленные грани этих пластин деформируются в противоположных направлениях.

Поэтому величина момента Мх определится в результате суммирования сигналов одного знака измерителей 12 с пластин 4 и 5 и инверсного суммирования сигналов другого знака. Ана-. логично определяется крутящий момент

М относительно оси У.

Изобретение позволяет измерять компоненты главного вектора сил и моментов с повышенной чувствительностью, точностью в широком динамическом диапазоне измерений.

Fy

1155878

Составитель М. Пахомов

Редактор М. Кедолуженко Техред С.Мигунова

Корректор А. Обручар

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 3129/36 Тираж 897 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5