一種微型絲張力傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種微型絲張力傳感器，包括殼體、傳動組件和感應(yīng)元件，所述感應(yīng)元件設(shè)置于所述殼體的基座上表面，所述殼體上設(shè)有用于支撐所述傳動組件的具有彈性性能的柔順機構(gòu)，所述傳動組件的底部設(shè)有用于將傳動組件受到的力傳遞到感應(yīng)元件的壓力臺，所述殼體的兩側(cè)分別設(shè)有進絲槽和出絲槽，所述傳動組件的上部設(shè)有繞絲凹槽，所述繞絲凹槽的頂部設(shè)有用于防止絲脫離的裝配槽。本發(fā)明微型絲張力傳感器體積小、能實時精確測量絲張力，實現(xiàn)為機器人、醫(yī)療手術(shù)器械等系統(tǒng)提供絲張力實時反饋，提高控制精度。
【專利說明】
一種微型絲張力傳感器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種力傳感器，具體的說，是涉及一種適用于需要精確控制絲張力的醫(yī)療器械、機器人等系統(tǒng)的微型絲張力傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]以絲驅(qū)動、絲傳動為基礎(chǔ)的機電系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于各種機器人設(shè)備，如:機械靈巧手、機械臂、連續(xù)型機器人、醫(yī)療手術(shù)器械等。其特點是具有較好的柔順性與較高的負載能力，非常適合小空間下運動和力的傳遞。此外，絲驅(qū)動可以實現(xiàn)運動和力的遠程傳遞，有助于減小系統(tǒng)中運動執(zhí)行構(gòu)件的體積和重量。但是，相對于剛性桿件而言，絲本身具有較大的彈性，容易產(chǎn)生松弛、變形等問題，并導(dǎo)致回程間隙，降低控制精度。所以需對絲在運動過程中的張力進行有效監(jiān)控。
[0003]目前已有的絲張力傳感器的測量對象通常為起重機、電梯的鋼絲繩。此類傳感器內(nèi)部通常采用滑輪組等機械傳動裝置，導(dǎo)致傳感器的體積和重量較大，測量精度不高，無法應(yīng)用于機器人、醫(yī)療手術(shù)器械等小行程、高精度的控制系統(tǒng)。在這些精密控制系統(tǒng)中，絲張力目前只能靠預(yù)緊力來保證，使用一段時間后容易失效，無法實現(xiàn)實時監(jiān)控、補償。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種體積小、能實時精確測量絲張力的微型絲張力傳感器，實現(xiàn)為機器人、醫(yī)療手術(shù)器械等系統(tǒng)提供絲張力實時反饋，提高控制精度。
[0005]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0006]—種微型絲張力傳感器，包括殼體、傳動組件和感應(yīng)元件，所述感應(yīng)元件設(shè)置于所述殼體的基座上表面，所述殼體上設(shè)有用于支撐所述傳動組件的具有彈性性能的柔順機構(gòu)，所述傳動組件的底部設(shè)有用于將傳動組件受到的力傳遞到感應(yīng)元件的壓力臺，所述殼體的兩側(cè)分別設(shè)有進絲槽和出絲槽，所述傳動組件的上部設(shè)有繞絲凹槽，所述繞絲凹槽的頂部設(shè)有用于防止絲脫離的裝配槽。
[0007]所述繞絲凹槽的寬度大于絲的直徑，所述裝配槽的直徑小于絲的直徑。
[0008]所述傳動組件上還設(shè)有用于限制傳動組件擺動的限位塊。
[0009]所述進絲槽和出絲槽在同一軸線上。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案所帶來的有益效果是:
[0011]1.進絲槽和出絲槽的軸線共線，不改變絲的原有運動方向。
[0012]2.通過傳動組件將絲張力轉(zhuǎn)為朝向感應(yīng)元件的壓力，傳動組件上安裝有限位塊，防止傳動組件運動過程中的前后擺動從而干擾或損壞柔順機構(gòu)，提高了柔順機構(gòu)的運動穩(wěn)定性。
[0013]3.柔順機構(gòu)利用彈性結(jié)構(gòu)原理，連接傳動組件和殼體的基座，由于柔順機構(gòu)其本身帶有彈性，可以在完全卸載力后使傳動組件回到初始位置，解決了絲張力卸載后電壓不回零的問題。
[0014]4.繞絲凹槽的寬度略大于絲的直徑，把絲限制在槽內(nèi)運動，保證了絲的施力方向；在繞絲槽的頂端有裝配槽，其寬度略小于絲的直徑，一方面可以通過預(yù)擠壓力裝入絲，另一方面防止裝入的絲在運動中脫離繞絲凹槽，保證測量的可靠性。
[0015]5.本發(fā)明傳感器體積小、結(jié)構(gòu)簡單、實用可靠的特征，可用于醫(yī)療器械、機器人等系統(tǒng)中絲驅(qū)動或絲傳動裝置的張力的測量和控制。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2是本發(fā)明傳動組件的部分俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖3是本發(fā)明傳動組件的部分前視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]附圖標記:1_殼體2-傳動組件3-感應(yīng)元件4-柔順機構(gòu)5-壓力臺6_進絲槽7-出絲槽8-限位塊9-繞絲凹槽I O-裝配槽
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的描述:
[0021]如圖1至圖3所示，一種微型絲張力傳感器，包括殼體1、傳動組件2和感應(yīng)元件3，絲在收到拉力后會帶動傳動組件2的移動，傳動組件2上的壓力臺會把其受到的力傳送到感應(yīng)元件3上，感應(yīng)元件3為力敏電阻，其阻值隨著力的增大而減小。力敏電阻接在一個分壓測量電路中，輸出值為電壓。電壓對應(yīng)了力敏電阻的阻值，力敏電阻對應(yīng)了傳動組件2受到的壓力，而傳動組件2受到的壓力對應(yīng)了絲的張力(即絲所受的拉力)，從而通過對輸出電壓的測量反映出絲張力的大小。
[0022]在殼體I上兩側(cè)各設(shè)有一個限制走絲方向的槽，即進絲槽6和出絲槽7，進絲槽6和出絲槽7的軸線共線，不改變絲的原有運動方向。在傳感器內(nèi)部通過傳動組件2將絲張力轉(zhuǎn)為朝向感應(yīng)元件3的壓力，為了防止傳動組件2運動過程中的前后擺，而干擾或損壞柔順機構(gòu)4，通過限位塊8實現(xiàn)其擺動約束。繞絲凹槽9設(shè)置在傳動組件的上部，其寬度略大于絲的直徑，把絲限制在槽內(nèi)運動，保證了絲的施力方向。在繞絲凹槽9的頂端有裝配槽10，其寬度略小于絲的直徑，一方面可以通過預(yù)擠壓力裝入絲，另一方面防止裝入的絲在運動中脫離繞絲凹槽，保證測量的可靠性。
[0023]感應(yīng)元件3設(shè)置于殼體I下部的基座上表面，殼體I上設(shè)有柔順機構(gòu)4，當(dāng)絲張力撤除時，因為絲和殼體I之間存在摩擦力，這部分摩擦力會導(dǎo)致傳動組件2對感應(yīng)元件3留有微小的殘余壓力導(dǎo)致測量完成后傳感器不能回零。利用柔順機構(gòu)4的彈性結(jié)構(gòu)原理，柔順機構(gòu)4連接傳動組件和殼體基座，由于柔順機構(gòu)其本身帶有彈性，可以在完全卸載力后使傳動組件回到初始位置，解決了絲張力卸載后電壓不回零的問題。壓力臺5固定在柔順機構(gòu)4上，位于傳動組件底部，用來把傳動組件2受到的力傳給感應(yīng)元件3，感應(yīng)元件3為力敏電阻，把壓力的變化轉(zhuǎn)換成電阻的變化并在經(jīng)測量電路轉(zhuǎn)換成電壓的變化。
[0024]本實施例中微型絲張力傳感器整體為3D打印件，材料為光敏樹脂。安裝傳感器時，其殼體可以從側(cè)面打開裝入待測絲而不需要將絲從原有驅(qū)動/傳動裝置中拆除。
[0025]當(dāng)待測的絲受到的拉力(張力)發(fā)生變化時，會將受到的拉力傳遞給傳動組件2，傳動組件2通過柔順機構(gòu)4將絲的拉力轉(zhuǎn)化為對壓力臺5的壓力。壓力臺5將受到的壓力傳遞給感應(yīng)元件3。感應(yīng)元件3為力敏電阻，其阻值隨著壓力的增大而減小。力敏電阻接在一個分壓測量電路中，測量輸出電壓值從而反映出絲拉力的大小，從而實現(xiàn)實時反映絲線張力狀態(tài)。絲張力撤除后，柔順機構(gòu)4通過自身彈性可恢復(fù)原狀，消除殘余力。
[0026]該傳感器首次使用前應(yīng)進行標定，得到絲張力和輸出電壓的對應(yīng)函數(shù)，使用時測量輸出電壓的大小通過上述獲得的函數(shù)關(guān)系反算出絲張力的大小，實現(xiàn)測量。
【主權(quán)項】
1.一種微型絲張力傳感器，其特征在于，包括殼體、傳動組件和感應(yīng)元件，所述感應(yīng)元件設(shè)置于所述殼體的基座上表面，所述殼體上設(shè)有用于支撐所述傳動組件的具有彈性性能的柔順機構(gòu)，所述傳動組件的底部設(shè)有用于將傳動組件受到的力傳遞到感應(yīng)元件的壓力臺，所述殼體的兩側(cè)分別設(shè)有進絲槽和出絲槽，所述傳動組件的上部設(shè)有繞絲凹槽，所述繞絲凹槽的頂部設(shè)有用于防止絲脫離的裝配槽。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種微型絲張力傳感器，其特征在于，所述繞絲凹槽的寬度大于絲的直徑，所述裝配槽的直徑小于絲的直徑。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種微型絲張力傳感器，其特征在于，所述傳動組件上還設(shè)有用于限制傳動組件擺動的限位塊。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種微型絲張力傳感器，其特征在于，所述進絲槽和出絲槽在同一軸線上。
【文檔編號】G01L5/10GK105865697SQ201610367145
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月27日
【發(fā)明人】康榮杰, 孫鴻洋, 耿仕能
【申請人】天津大學(xué)