一種微型絲張力傳感器的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種微型絲張力傳感器，包括殼體、傳動組件和感應元件，所述感應元件設置于所述殼體的基座上表面，所述殼體上設有用于支撐所述傳動組件的具有彈性性能的柔順機構，所述傳動組件的底部設有用于將傳動組件受到的力傳遞到感應元件的壓力臺，所述殼體的兩側分別設有進絲槽和出絲槽，所述傳動組件的上部設有繞絲凹槽，所述繞絲凹槽的頂部設有用于防止絲脫離的裝配槽。本發明微型絲張力傳感器體積小、能實時精確測量絲張力，實現為機器人、醫療手術器械等系統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
技術領域
[0001]本發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療器械、機器人等系統的微型絲張力傳感器。
【背景技術】
[0002]以絲驅動、絲傳動為基礎的機電系統廣泛應用于各種機器人設備，如:機械靈巧手、機械臂、連續型機器人、醫療手術器械等。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，絲驅動可以實現運動和力的遠程傳遞，有助于減小系統中運動執行構件的體積和重量。但是，相對于剛性桿件而言，絲本身具有較大的彈性，容易產生松弛、變形等問題，并導致回程間隙，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。此類傳感器內部通常采用滑輪組等機械傳動裝置，導致傳感器的體積和重量較大，測量精度不高，無法應用于機器人、醫療手術器械等小行程、高精度的控制系統。在這些精密控制系統中，絲張力目前只能靠預緊力來保證，使用一段時間后容易失效，無法實現實時監控、補償。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是為了克服現有技術中的不足，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，實現為機器人、醫療手術器械等系統提供絲張力實時反饋，提高控制精度。
[0005]本發明的目的是通過以下技術方案實現的:
[0006]—種微型絲張力傳感器，包括殼體、傳動組件和感應元件，所述感應元件設置于所述殼體的基座上表面，所述殼體上設有用于支撐所述傳動組件的具有彈性性能的柔順機構，所述傳動組件的底部設有用于將傳動組件受到的力傳遞到感應元件的壓力臺，所述殼體的兩側分別設有進絲槽和出絲槽，所述傳動組件的上部設有繞絲凹槽，所述繞絲凹槽的頂部設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]與現有技術相比，本發明的技術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為朝向感應元件的壓力，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，提高了柔順機構的運動穩定性。
[0013]3.柔順機構利用彈性結構原理，連接傳動組件和殼體的基座，由于柔順機構其本身帶有彈性，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.本發明傳感器體積小、結構簡單、實用可靠的特征，可用于醫療器械、機器人等系統中絲驅動或絲傳動裝置的張力的測量和控制。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發明的結構示意圖。
[0017]圖2是本發明傳動組件的部分俯視結構示意圖。
[0018]圖3是本發明傳動組件的部分前視結構示意圖。
[0019]附圖標記:1_殼體2-傳動組件3-感應元件4-柔順機構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]下面結合附圖對本發明作進一步的描述:
[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元件3上，感應元件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。電壓對應了力敏電阻的阻值，力敏電阻對應了傳動組件2受到的壓力，而傳動組件2受到的壓力對應了絲的張力(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上兩側各設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。在傳感器內部通過傳動組件2將絲張力轉為朝向感應元件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4，通過限位塊8實現其擺動約束。繞絲凹槽9設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]感應元件3設置于殼體I下部的基座上表面，殼體I上設有柔順機構4，當絲張力撤除時，因為絲和殼體I之間存在摩擦力，這部分摩擦力會導致傳動組件2對感應元件3留有微小的殘余壓力導致測量完成后傳感器不能回零。利用柔順機構4的彈性結構原理，柔順機構4連接傳動組件和殼體基座，由于柔順機構其本身帶有彈性，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受到的力傳給感應元件3，感應元件3為力敏電阻，把壓力的變化轉換成電阻的變化并在經測量電路轉換成電壓的變化。
[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，其殼體可以從側面打開裝入待測絲而不需要將絲從原有驅動/傳動裝置中拆除。
[0025]當待測的絲受到的拉力(張力)發生變化時，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4將絲的拉力轉化為對壓力臺5的壓力。壓力臺5將受到的壓力傳遞給感應元件3。感應元件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，從而實現實時反映絲線張力狀態。絲張力撤除后，柔順機構4通過自身彈性可恢復原狀，消除殘余力。
[0026]該傳感器首次使用前應進行標定，得到絲張力和輸出電壓的對應函數，使用時測量輸出電壓的大小通過上述獲得的函數關系反算出絲張力的大小，實現測量。
【主權項】
1.一種微型絲張力傳感器，其特征在于，包括殼體、傳動組件和感應元件，所述感應元件設置于所述殼體的基座上表面，所述殼體上設有用于支撐所述傳動組件的具有彈性性能的柔順機構，所述傳動組件的底部設有用于將傳動組件受到的力傳遞到感應元件的壓力臺，所述殼體的兩側分別設有進絲槽和出絲槽，所述傳動組件的上部設有繞絲凹槽，所述繞絲凹槽的頂部設有用于防止絲脫離的裝配槽。2.根據權利要求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.根據權利要求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有用于限制傳動組件擺動的限位塊。4.根據權利要求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
【發明人】康榮杰, 孫鴻洋, 耿仕能
【申請人】天津大學