Шестикоординатный датчик нагрузки

Номер патента: 1016713

Авторы: Григалюк, Кузьмин, Михайлов

ZIP архив

Текст

СОЮЗ СОВЕТСНИХ6 ааМРМафнРЕСПУБЛИК 5/16 ИЗОБРЕТВИДЕТЕЛЬСТВУ НИЯ ОПИС Н АВТОРСИОМУ И ДАТужноеугуюжни котоом на ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИ ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ(54). (57) ШЕСТИКООРДИНАТНЬЧИ 1 НАГРУЗКИ, содержаший нари внутреннее силовые звенья, упрсистему в виде крестовины, стер.рой жестко закреплены одним концвнутреннем силовом звене, а други ЛО, 1016713 А в упругой направляющей, установленной на наружном силовом звене, и измерители перемещений внутреннего силового звена относительно наружного, о т л ич а ю ш и й с я тем, что, с целью повышения надежности работы датчика путем исключения механических контактов,каждый измеритель перемещения выпол- . нен в виде втулки из магнитомягкого материала, жестко связанной с внутренним силовым звеном и коаксиально охватываю-. шей стержень упругой системы, и статора,закрепленногона .наружном силовом звене и имеюшего две взаимно перпендикулярные пары диаметрально расположенных - катушек индуктнвности, симметричных от- р носительно втулки, причем магнитопрово- Е ды катушек индуктивности обращены своим зазором в сторону втулки.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 исполвзоввно при создании систем управления очувствленных дистанционных манинуляторов, адаптивных промьппленных роботов и т.д.Известен шестикоординвтный датчик нагрузки, содержащий наружное 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 о 1 носительно наружного Г 11Недостатками такого датчика являются20 сложность конструкции, большая зона гистерезиса выходной статической характеристики и низкая надежность.Наиболее близок предлагаемому по технической сущности шестикоординатный25 датчик нагрузки, содержащий наружное и внутреннее силовые званья, упругую систему 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 йагрузки имеет три упругих стержня, расположенные в плоскости в виде кресто. 35 вины под углом 120 друг к другу 1 2Наличие упругой направляющей в известном датчике нагрузки в виде листовой прямоугольной пружины снижает зону гистерезиса выходной статической ха рактеристики датчика нагрузки за счет устранения трения скольжения в подвижном соединении. Для обеспечения необходимой величины перемещения при заданной нагрузке требуются большие габари ты упругой направляющей, что усложняет конструкцию датчика нагрузки. Перемещения внутреннего силового звена относительно наружного измеряются шестью линейными дифференциальными измерите лями перемещений, каждый из которых имеет псдпружиненный измерительный штырь, который постоянно находится в механическом контакте с измерительной поверхностью внутреннего силового звена. 55оНаличие механического контакта измерительного штыря измерителя перемещения снижает надежность датчика нагрузки, особенно при работе его в среде гидрввлической жидкости. Измерение шести координат, характеризующих относительноелинейное перемещение и угловой поворотвнутреннего силового звена, с помощьюшести отдельных измерителей перемещенияусложняет конструкцию внутреннего и наружного силовых звеньев.Цепь изобретения - повышение надежности шестикоординатного датчика нагрузки путем исключения механических контактов,Поставленная цель достигается тем,что в шестикоординатном датчике нагрузки, содержащем наружное и внутренее силовые звенья, упругую систему в видекрестовины стержни которой жестко закреплены одним концом на внутреннемсиловом звене, а другим - в .упругойнаправляющей, установленной на нарржном силовом звене, и измерители перемещений внутреннего силового звена относительно наружного, каждый измеритель перемещения выполнен в виде втултки из магнитомягкого материала, жесткосвязанной с внутренним силовым звеноми коаксиально охватывающей стерженьупругой системы и статора, закрепленного на наружном силовом звене и имеющего две взаимно перпендикулярные парыдиаметрально расположенных катушек индуктивности, симметричных относительно втулки, причем магнитоприводы катушек индуктивности обращены своим зазором в сторону втулки.На фиг. 1 показан шестикоординатныйдатчик нагрузки,общий вид; на фиг. 2 - сечение А-А нафиг. 1; на фиг. 3 - принципивль.ная схема двухкоординатного измерителя перемещений.Шестикоординатный датчик нагрузкисостоит иэ наружного силового звена 1,являющегося корпусом датчика, внутреннего силового звена 2, упругой силовойсистемы в виде крестовины, стержни 3которой жестко закреплены одним концом во внутреннем силовом звене 2,а другим - в упругих направляющих 4,и грех двухкоординатных индуктивныхдифференциальных измерителей перемеще.ния, каждый из которых содержит жестко связанную с внутренним, силовым звевном 2 втулку 5 из магнитомягкого материала, внутри которой коаксиальноустановлен стержень 3 упругой системы,и статор 6, имеющий две взаимно перпендикулярные пары диаметрально расположенных катушек 7, 8 и 9, 10 индуктивности на магнитопроводах 1112 и 13, 14 обращенных своим зазором3 101 6715 в сторону втулки 5. Магнитопрэводы11 - 14 выполнены в виче П- или О-.образного сердечника с зазором, Линиязазора может быть как параллельнойцентральной оси статора, так и под углом 5к ней. Кольцевые выступы 16 в наружномсиловом звене 1 служат упорами-ограничителями, которые при перегрузках датчика ограничивают упругие перемещениястержней 3 при соприкэсновейии со вт.1- 16ками 5. Зазор между втулками 5 и кольцевыми выступами 16 выбирается в пределах упругих деформаций стержней 3.Каждый из трех двухкоординатных диф ференциальных индуктивных измерителей15перемещения измеряет вектор перемещения, пропорциональный упругой деформации стержней Э в плоскости измерения,пропорционально приложенной нагрузкев этой же плоскости. Плоскость измерения соответствует плоскости расположения двух пар. катушек 7,8 и 9,10 индуктивности,Упругие направляющие 4 выполненыв форме круглой плоской пружины с прорезями в виде дуг 1 7, расходящихся отцентра спирали. Такая форма упругой направляющей 4 обеспечйвает большэй ходстержня в направлении, перпендикулярномее плоскости (малую жесткость), и отсуг-оствие перемещений в плоскости упругойнаправляющей (большую жесткость), Благодаря этому свойству использованной упругой направляющей стержни 3 упругой системы разгружены от продольных нагрузок35и работают только на изгиб, обеспечивая.необходимое перемещение внутреннегосилового звена 2 относительно наружногосилового звена 1, что позволяет получить высокий уровень выходных сигналоводвухкоординатных деференциальных индук,тивных измерителей перемещения.Предлагаемый датчйк работает следующим образом,В исходном состоянии, когда нагрузка45не приложена ко внутреннему силовомузвену 2 относительно наружного 1, стержни 3 упругой системы находятся в свободном состоянии. Расположение втулок 5 относительно статоров 6 коаксиальное, поэтому сопротивление магнитной цепи и,5 Осоответственно, индуктивность каждой изчетырех катушек 7 - 10 одинаковы, Магнитная цепь каждой катушки замыкаетсячерез зазор,15 в магнитопроводе и через зазоры, образованные магнитопроводом со втулкой.При приложении нагрузки к внутреннему силовому звену 2 происходит упру 13 4гая с,зформация стержней, поэтому соотгветствуюшие втулки 5 перемещаютсяотносительно соответствующих статоров6, при этом изменяется длина зазорамагнитопровод-втулка, что приводит кдифференциальному изменению индуктивности диаметрально расположенных катушек. Осями чувствительности каждогодвухкоординатного измерителя перемеще.ний являются направления, совпадаквциес осями диаметрально"расположенныхкатушек 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 черезоси чувствительности, выходные сигналыизмерителя перемещений пропорциональны составляющим вектора перемещенияпо осям чувствительности. формированиесигналов, пропорциональных перемещениям,црэизводится известными способами спомощью мостовых схем. Диаметральнорасположенные катушки 7 - 10 образуют, два пь лумоста, которые включеныв мостовые схемы с источником питанияпеременного тока. Формирование составляющих вектора усилия и крутящего момента из сигналов, пропорциональных перемещениям внутреннего силового звена2 относительно наружного и измеренныхизмерителями перемещений, выполняетсяизвестным способом. Таким образом,предлагаемый шестикоординатный датчикусилий обеспечивает измерение трех поступательных и трех поворотных пере-.мещений внутреннего силовогэ звена относительно наружного, которые соответствуют усилиям и крутящим моментам,приложенным к внутреннему силовомузвену,Упрощение конструкции шестикэординатного датчика нагрузки обеспеченоприменением двухкоординатных дифференциальных измерителей перемещений предлагаемой конструкции и выполнениемупругих направляющих в Форме круглойплоской пружины с прорезями в видедуг, расходящихся от центра по спирали,Кроме того, коаксивльнэе расположениеэлементов упругой и измеритальнэй систем обеспечивает технологичность конструкции что упрощает изготовлениеи регулировку шестикоординатного датчика нагрузки. Повышение надежностиобеспечивается применением средств измерения перемещений без механическихкэнтактэв.

Смотреть

Заявка

3385763, 19.01.1982

ПРЕДПРИЯТИЕ ПЯ Х-5618

ГРИГАЛЮК ЕВГЕНИЙ ВЛАДИМИРОВИЧ, КУЗЬМИН ВЛАДИМИР ИВАНОВИЧ, МИХАЙЛОВ АЛЕКСАНДР АЛЕКСАНДРОВИЧ

МПК / Метки

МПК: G01L 5/16

Метки: датчик, нагрузки, шестикоординатный

Опубликовано: 07.05.1983

Код ссылки

<a href="https://patents.su/4-1016713-shestikoordinatnyjj-datchik-nagruzki.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Шестикоординатный датчик нагрузки</a>

Похожие патенты