1.一种基于剪应变检测的电阻应变式六维力传感器,其特征在于:包括传感器平台和十二个电阻应变计,各个电阻应变计安装在传感器平台上,传感器平台安装在固定位置处,承力板安装在传感器平台上;每两个电阻应变计串联组成惠斯通全桥,每个惠斯通全桥电连接各自的电压测量端和直流电源,各个电压测量端依次电连接放大电路、数据采集器和PC终端;
所述的传感器平台由工字梁(2、4、6、8)、加载凸台(9)和固定平台(11)构成并一体成型,固定平台(11)为正方形板状的轴对称结构,固定平台(11)的正方形侧面的中心开设有垂直于自身的正方形通槽,正方形通槽的四个槽面分别平行于固定平台(11)的四个外侧面;加载凸台(9)位于正方形通槽的中心,加载凸台(9)为正四棱柱状,加载凸台(9)的四个外侧面分别通过工字梁(2、4、6、8)连接至正方形通槽的四个槽面,加载凸台(9)的四个外侧面分别平行于各自正对的正方形通槽的槽面,十二个电阻应变计安装在工字梁(2、4、6、8)上;加载凸台(9)的中心开设有长度方形平行于正方形通槽的槽面的贯通的中心螺纹孔(10),固定平台(11)的四个角的对称位置处开设有平行于中心螺纹孔(10)的贯通的螺纹孔(1、3、5、7),传感器平台的一侧正方形面通过螺纹孔(1、3、5、7)和四个螺栓安装在固定位置处,承力板通过中心螺纹孔(10)和一个螺栓安装在加载凸台(9)远离固定位置处的一侧面。
2.根据权利要求1所述的一种基于剪应变检测的电阻应变式六维力传感器,其特征在于:所述的工字梁(2、4、6、8)分别位于加载凸台(9)的四个外侧面和各自正对的固定平台(11)的正方形通槽的槽面之间,工字梁(2、4、6、8)的两个平行的两侧板垂直于各自连接的正方形通槽的槽面并平行于中心螺纹孔(10)的长度方向,工字梁(2、4、6、8)的中间板垂直于各自连接的正方形通槽的槽面并垂直于中心螺纹孔(10)的长度方向;第一工字梁(2)位于第一螺纹孔(1)和第二螺纹孔(3)之间,第二工字梁(4)位于第二螺纹孔(3)和第三螺纹孔(5)之间,第三工字梁(6)位于第三螺纹孔(5)和第四螺纹孔(7)之间,第四工字梁(8)位于第一螺纹孔(1)和第四螺纹孔(7)之间,工字梁(2、4、6、8)上分别安装有三个电阻应变计。
3.根据权利要求1所述的一种基于剪应变检测的电阻应变式六维力传感器,其特征在于:所述的加载凸台(9)的一侧正方形面位于固定平台(11)的正方形通槽外,加载凸台(9)的一侧正方形面与自身靠近的加载凸台(9)的一侧正方形面之间有间距,工字梁(2、4、6、8)靠近正方形通槽的一侧槽口的端面和加载凸台(9)的一侧正方形面平齐;加载凸台(9)的另一侧正方形面位于加载凸台(9)的正方形通槽外,加载凸台(9)的另一侧正方形面与自身靠近的加载凸台(9)的另一侧正方形面之间有间距,工字梁(2、4、6、8)靠近加载凸台(9)的另一侧正方形面的端面和加载凸台(9)的另一侧正方形面平齐;加载凸台(9)的一侧正方形通过中心螺纹孔(10)和一个螺栓安装有承力板,固定平台(11)的另一侧正方形面通过螺纹孔(1、3、5、7)和四个螺栓安装在固定位置处。
4.根据权利要求3所述的一种基于剪应变检测的电阻应变式六维力传感器,其特征在于:第一电阻应变计、第五电阻应变计和第十电阻应变计安装在第一工字梁(2)上,第一电阻应变计和第五电阻应变计安装在第一工字梁(2)的中间板的靠近承力板的一侧面上,第十电阻应变计安装在第一工字梁(2)的两侧板的其中一侧板的靠近第一螺纹孔(1)的一侧面上;第三电阻应变计、第八电阻应变计和第十二电阻应变计安装在第二工字梁(4)上,第三电阻应变计安装在第二工字梁(4)的中间板的靠近承力板的一侧面上,第八电阻应变计和第十二电阻应变计安装在第二工字梁(4)的两侧板的其中一侧板的靠近第二螺纹孔(3)的一侧面上;第二电阻应变计、第六电阻应变计和第九电阻应变计安装在第三工字梁(6)上,第二电阻应变计和第六电阻应变计分别安装在第三工字梁(6)的中间板的远离和靠近承力板的一侧面上,第九电阻应变计安装在第三工字梁(6)的两侧板的其中一侧板的靠近第三螺纹孔(5)的一侧面上;第四电阻应变计、第七电阻应变计和第十一电阻应变计安装在第四工字梁(8)上,第四电阻应变计安装在第四工字梁(8)的中间板的靠近承力板的一侧面上,第七电阻应变计安装在第四工字梁(8)的两侧板的其中一侧板的靠近第四螺纹孔(7)的一侧面上,第十一电阻应变计安装在第四工字梁(8)的两侧板的另外一侧板的靠近第一螺纹孔(1)的一侧面上;
第一电阻应变计和第二电阻应变计、第三电阻应变计和第四电阻应变计、第五电阻应变计和第六电阻应变计、第七电阻应变计和第八电阻应变计、第九电阻应变计和第十电阻应变计以及第十一电阻应变计和第十二电阻应变计分别串联组成惠斯通全桥。
5.根据权利要求4所述的一种基于剪应变检测的电阻应变式六维力传感器,其特征在于:所述的传感器平台以第一螺纹孔(1)的中心和第二螺纹孔(3)的中心的连线方向为X轴正向,以第二螺纹孔(3)中心和第三螺纹孔(5)中心的连线方向为Y轴正向,以加载凸台(9)的另一侧正方形面至一侧正方形面的直线方向为Z轴正向;每个电阻应变计包括串联的两个应变片,两个应变片的其中一端相靠近并呈90°;
第一电阻应变计包括第一应变片R1和第二应变片R2,第五电阻应变计包括第九应变片R9和第十应变片R10,第十电阻应变计包括第十九应变片R19和第二十应变片R20,第一应变片R1、第二应变片R2、第九应变片R9和第十应变片R10贴在第一工字梁(2)的中间板的朝向Z轴正向的一侧面的中心并呈对称于X轴和Y轴的十字分布;第十九应变片R19和第二十应变片R20对称于第一工字梁(2)的中间板所在的平面并且两者间的交点位于第一工字梁(2)的两侧板的其中一侧板的中心,第十九应变片R19和第二十应变片R20的90°开口朝向加载凸台(9);
第三电阻应变计包括第五应变片R5和第六应变片R6,第八电阻应变计包括第十五应变片R15和第十六应变片R16,第十二电阻应变计包括第二十三应变片R23和第二十四应变片R24,第五应变片R5和第六应变片R6贴在的第二工字梁(4)的中间板的朝向Z轴正向的一侧面上并且两者间的交点位于第二工字梁(4)的中间板的中心,第五应变片R5和第六应变片R6对称于X轴并且90°开口朝向加载凸台(9),第十五应变片R15、第十六应变片R16、第二十三应变片R23和第二十四应变片R24贴在第二工字梁(4)的两侧板的其中一侧板的中心并呈对称于X轴和Z轴的十字分布;
第二电阻应变计包括第三应变片R3和第四应变片R4,第六电阻应变计包括第十一应变片R11和第十二应变片R12,第九电阻应变计包括第十七应变片R17和第十八应变片R18,第十一应变片R11和第十二应变片R12贴在第三工字梁(6)的中间板的朝向Z轴正向的一侧面上并且两者间的交点位于第三工字梁(6)的中间板的中心,第十一应变片R11和第十二应变片R12对称于Y轴并且90°开口朝向加载凸台(9),第三应变片R3和第四应变片R4贴在第三工字梁(6)的中间板的朝向Z轴负向的一侧面上并且两者间的交点位于第三工字梁(6)的中间板的中心,第二电阻应变计和第六电阻应变计对称于第三工字梁(6)的中间板;第十七应变片R17和第十八应变片R18对称于第三工字梁(6)的中间板所在的平面并且两者间的交点位于第三工字梁(6)的两侧板的其中一侧板的中心,第十七应变片R17和第十八应变片R18的
90°开口朝向加载凸台(9);
第四电阻应变计包括第七应变片R7和第八应变片R8,第七电阻应变计包括第十三应变片R13和第十四应变片R14,第十一电阻应变计包括第二十一应变片R21和第二十二应变片R22,第七应变片R7和第八应变片R8贴在第四工字梁(8)的中间板的朝向Z轴负向的一侧面上并且两者间的交点位于第四工字梁(8)的中间板的中心,第七应变片R7和第八应变片R8对称于X轴并且90°开口朝向加载凸台(9)的相反方向;第十三应变片R13和第十四应变片R14对称于第四工字梁(8)的中间板所在的平面并且两者间的交点位于第四工字梁(8)的两侧板的其中一侧板的中心,第十七应变片R17和第十八应变片R18的90°开口朝向加载凸台(9);第二十一应变片R21和第二十二应变片R22对称于第四工字梁(8)的中间板所在的平面并且两者间的交点位于第四工字梁(8)的两侧板的另外一侧板的中心,第二十一应变片R21和第二十二应变片R22的90°开口朝向加载凸台(9)。
6.根据权利要求5所述的一种基于剪应变检测的电阻应变式六维力传感器,其特征在于:所述的第一应变片R1、第二应变片R2、第三应变片R3和第四应变片R4顺序串联组成用于测量电阻应变式六维力传感器的X方向力Fx的第一惠斯通全桥,电压测量端Ui的一端接至第一应变片R1和第二应变片R2之间,电压测量端Ui的另一端接至第三应变片R3和第四应变片R4之间;直流电源U一端接至第一应变片R1和第四应变片R4之间,另一端接至第二应变片R2和第三应变片R3之间;
第五应变片R5、第六应变片R6、第七应变片R7和第八应变片R8顺序串联组成用于测量电阻应变式六维力传感器的Y方向力Fy的第二惠斯通全桥,电压测量端Ui的一端接至第五应变片R5和第六应变片R6之间,电压测量端Ui的另一端接至第七应变片R7和第八应变片R8之间;直流电源U一端接至第五应变片R5和第八应变片R8之间,另一端接至第六应变片R6和第七应变片R7之间;
第九应变片R9、第十应变片R10、第十一应变片R11和第十二应变片R12顺序串联组成用于测量电阻应变式十维力传感器的Z方向力矩Mz的第三惠斯通全桥,电压测量端Ui的一端接至第九应变片R9和第十应变片R10之间,电压测量端Ui的另一端接至第十一应变片R11和第十二应变片R12之间;直流电源U一端接至第九应变片R9和第十二应变片R12之间,另一端接至第十应变片R10和第十一应变片R11之间;
第十三应变片R13、第十四应变片R14、第十五应变片R15和第十六应变片R16顺序串联组成用于测量电阻应变式十维力传感器的X方向力矩Mx的第四惠斯通全桥,电压测量端Ui的一端接至第十三应变片R13和第十四应变片R14之间,电压测量端Ui的另一端接至第十五应变片R15和第十六应变片R16之间;直流电源U一端接至第十三应变片R13和第十六应变片R16之间,另一端接至第十四应变片R14和第十五应变片R15之间;
第十七应变片R17、第十八应变片R18、第十九应变片R19和第二十应变片R20顺序串联组成用于测量电阻应变式十维力传感器的Y方向力矩My的第五惠斯通全桥,电压测量端Ui的一端接至第十七应变片R17和第十八应变片R18之间,电压测量端Ui的另一端接至第十九应变片R19和第二十应变片R20之间;直流电源U一端接至第十七应变片R17和第二十应变片R20之间,另一端接至第十八应变片R18和第十九应变片R19之间;
第二十一应变片R21、第二十二应变片R22、第二十三应变片R23和第二十四应变片R24顺序串联组成用于测量电阻应变式十维力传感器的Z方向力Fz的第六惠斯通全桥,电压测量端Ui的一端接至第二十一应变片R21和第二十二应变片R22之间,电压测量端Ui的另一端接至第二十三应变片R23和第二十四应变片R24之间;直流电源U一端接至第二十一应变片R21和第二十四应变片R24之间,另一端接至第二十二应变片R22和第二十三应变片R23之间。
7.根据权利要求1‑6任一所述的电阻应变式六维力传感器的检测方法,其特征在于:方法包括如下步骤:
步骤一:在承力板上施加不同载荷的力,并通过各个电压测量端Ui获得各个惠斯通全桥的阻值变化并转化为电压变化依次输出至放大电路、数据采集器和PC终端,PC终端根据各个力的载荷和各个输出电压变化之间的关系获得电压‑载荷关系曲线;
步骤二:在承力板受到待测力时,通过PC终端获取电压变化,然后根据电压‑载荷关系曲线获得待测力的载荷,最终实现力的剪应变检测。