阅读说明：本技术 一种圆柱式仿生多维力传感器 (Cylinder type bionic multi-dimensional force sensor ) 是由 韩志武 冯美 金星泽 卢秀泉 公言磊 李妍 倪志学 高帅 付强 于 2020-05-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种圆柱式仿生多维力传感器,涉及力传感器技术领域,包括内轴、套筒、底盖、砂轮筒、多对感知单元和多个应变片,多个感知单元沿内轴的周向均匀分布,各感知单元的上端面和下端面分别贴设有一个应变片,感知单元包括内侧面、外侧面和两个连接侧面,连接侧面上沿高度方向设置有仿生缝组,仿生缝组基于蝎子缝感受器仿生而成,内侧面与内轴相接触,外侧面为圆弧面,且多个感知单元的外侧面形成一个完整圆柱面,套筒下端设置有开口,套筒套设于多个感知单元外部,套筒下端与底盖可拆卸连接,砂轮筒固定套设于套筒外部。本发明中的圆柱式仿生多维力传感器提高了传感器的灵敏度和精度,实现对磨削力的实时监测,体积小且重量轻。(The invention discloses a cylindrical bionic multi-dimensional force sensor, which relates to the technical field of force sensors and comprises an inner shaft, a sleeve, a bottom cover, a grinding wheel cylinder, a plurality of pairs of sensing units and a plurality of strain gauges, wherein the plurality of sensing units are uniformly distributed along the circumferential direction of the inner shaft, the upper end surface and the lower end surface of each sensing unit are respectively adhered with one strain gauge, each sensing unit comprises an inner side surface, an outer side surface and two connecting side surfaces, a bionic seam group is arranged on each connecting side surface along the height direction and is formed by bionics based on a scorpion seam sensor, the inner side surfaces are in contact with the inner shaft, the outer side surfaces are arc surfaces, the outer side surfaces of the plurality of sensing units form a complete cylindrical surface, the lower end of the sleeve is provided with an opening, the sleeve is sleeved outside the plurality of sensing units, the lower end of. The cylindrical bionic multi-dimensional force sensor improves the sensitivity and the precision of the sensor, realizes the real-time monitoring of the grinding force, and has small volume and light weight.)

一种圆柱式仿生多维力传感器

技术领域

本发明涉及力传感器技术领域，特别是涉及一种圆柱式仿生多维力传感器。

背景技术

航空发动机作为飞机的心脏，是飞机最重要的核心部件之一，而作为发动机的关键零部件，叶片的质量直接决定着发动机的性能和寿命。传统叶片精加工过程中需要对叶片复杂曲面轮廓进行测量，加工效率较低，且现有磨削加工系统缺少磨削力监测的问题，使得加工过程不精确，生产的叶片合格率有待进一步提高。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种圆柱式仿生多维力传感器，提高了传感器的灵敏度和精度，实现对磨削力的实时监测，体积小且重量轻。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种圆柱式仿生多维力传感器，包括内轴、套筒、底盖、砂轮筒、多对感知单元和多个应变片，多个所述感知单元沿所述内轴的周向均匀分布，各对所述感知单元对称设置，各所述感知单元的上端面和下端面分别贴设有一个所述应变片，所述感知单元包括内侧面、外侧面和两个设置于所述内侧面和所述外侧面之间的连接侧面，所述连接侧面上沿高度方向设置有仿生缝组，所述仿生缝组包括多个仿生缝，所述仿生缝组基于蝎子缝感受器仿生而成，所述内侧面与所述内轴相接触，所述外侧面为圆弧面，且多个所述感知单元的所述外侧面形成一个完整圆柱面，所述套筒下端设置有开口，所述套筒套设于多个所述感知单元外部，且所述外侧面与所述套筒相接触，所述套筒下端与所述底盖可拆卸连接，所述砂轮筒固定套设于所述套筒外部。

优选地，所述内轴为正多边形轴，所述正多边形轴的侧面的数量与所述感知单元的数量相同，一个所述感知单元的所述内侧面与所述正多边形轴的一个侧面相接触。

优选地，所述内轴为正六边形轴，所述感知单元设置为六个。

优选地，所述感知单元包括长方体立柱和固定于所述长方体立柱外侧的扇形立柱，所述感知单元沿中心平面对称。

优选地，多个所述仿生缝的高度和深度一致。

优选地，所述套筒包括圆筒和固定于所述圆筒上方的顶盖，所述顶盖的外边沿伸至所述圆筒外部，所述圆筒下端与所述底盖连接，所述砂轮筒套设于所述圆筒外部，所述砂轮筒的两端分别由所述顶盖的下端面和所述底盖的上端面限位。

优选地，所述底盖的下端固定有一个连接柱。

优选地，所述底盖上设置有通孔，所述连接柱内部设置有中空通道，所述通孔与所述中空通道连通，所述应变片的连接线能够穿过所述通孔和所述中空通道伸至外部。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明提供的圆柱式仿生多维力传感器，结合蝎子缝感受器的原理，设计具有仿生缝组的感知单元，提高传感器的灵敏度和精度，解决对复杂曲面的磨削加工中缺少对磨削力直接测量的力传感器的问题，在包括叶片等复杂曲面精加工过程中实时测量磨抛力的大小，并反馈到自动加工系统，进而调整下一时刻磨抛力值，即实现对磨削力的实时控制，进而实现复杂曲面的高效、精细化加工。同时，本发明提供的圆柱式仿生多维力传感器还具有体积小和重量轻的特点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的圆柱式仿生多维力传感器的整体结构示意图；

图2为本发明提供的圆柱式仿生多维力传感器的***图；

图3为本发明中内轴与感知单元、应变片的安装主视图；

图4为本发明中内轴与感知单元、应变片的安装俯视图；

图5为本发明中感知单元的结构示意图；

图6为本发明中套筒的结构示意图。

附图标记说明：1、内轴；2、感知单元；21、内侧面；22、外侧面；23、连接侧面；24、仿生缝；3、应变片；4、套筒；41、圆筒；42、顶盖；5、底盖；6、砂轮筒；7、连接柱。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种圆柱式仿生多维力传感器，提高了传感器的灵敏度和精度，实现对磨削力的实时监测，体积小且重量轻。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1-2所示，本实施例提供一种圆柱式仿生多维力传感器，包括内轴1、套筒4、底盖5、砂轮筒6、多对感知单元2和多个应变片3，多个感知单元2沿内轴1的周向均匀分布，各对感知单元2对称设置，各感知单元2的上端面和下端面分别贴设有一个应变片3，感知单元2包括内侧面21、外侧面22和两个设置于内侧面21和外侧面22之间的连接侧面23，连接侧面23上沿高度方向设置有仿生缝组，仿生缝组包括多个仿生缝24，仿生缝组基于蝎子缝感受器仿生而成，即参考蝎子缝感受器在感知单元2的连接侧面23上排布一定数量的仿生缝24，内侧面21与内轴1相接触，外侧面22为圆弧面，且多个感知单元2的外侧面22形成一个完整圆柱面，包含了套筒4内圈的所有点，套筒4下端设置有开口，套筒4套设于多个感知单元2外部，且外侧面22与套筒4相接触，套筒4下端与底盖5可拆卸连接，砂轮筒6固定套设于套筒4外部。

具体地，内轴1为正多边形轴，正多边形轴的侧面的数量与感知单元2的数量相同，一个感知单元2的内侧面21与正多边形轴的一个侧面相接触。

如图3-4所示，内轴1为正六边形轴，感知单元2设置为六个。六个感知单元2均布在内轴1的周向，每个感知单元2上的应变片3成对工作，共输出六路电压值，经过模数转换，输出三个方向的力和三个方向的力矩。应变片3的连接线用于与自动加工系统连接，进而在复杂曲面精加工过程中实时测量磨抛力的大小并将其反馈给自动加工系统。

如图5所示，感知单元2包括长方体立柱和固定于长方体立柱外侧的扇形立柱，感知单元2沿中心平面对称。长方体立柱的内侧为感知单元2的内侧面21，扇形立柱的外侧为感知单元2的外侧面22，长方体立柱的两个侧面和扇形立柱的两个侧面分别相连接形成感知单元2的两个连接侧面23，两个连接侧面23相对于中心平面对称设置。具体地，长方体立柱与扇形立柱的连接处形成过渡弧面。

于本具体实施例中，多个仿生缝24的高度和深度一致。

如图6所示，套筒4包括圆筒41和固定于圆筒41上方的顶盖42，顶盖42的外边沿伸至圆筒41外部，圆筒41下端与底盖5连接，砂轮筒6套设于圆筒41外部，砂轮筒6的两端分别由顶盖42的下端面和底盖5的上端面限位，由此实现砂轮筒6安装之后位置固定。圆筒41下端与底盖5可拆卸连接，便于对砂轮筒6进行更换，于本具体实施例中，圆筒41下端与底盖5卡接，或者圆筒41下端通过螺钉固定于底盖5上。砂轮筒6为磨削加工中使用的工具，为消耗品，本实施例中可通过拆卸套筒4对其进行更换。

为了便于安装或握持整个装置，底盖5的下端固定有一个连接柱7。具体地，底盖5与连接柱7连接处形成过渡曲面。

具体地，底盖5上设置有通孔，连接柱7内部设置有中空通道，通孔与中空通道连通，应变片3的连接线能够穿过通孔和中空通道伸至外部。

可见，本实施例提供的圆柱式仿生多维力传感器，结合蝎子缝感受器的原理，设计具有仿生缝组的感知单元2，提高了传感器的灵敏度和精度，解决对复杂曲面的磨削加工中缺少对磨削力直接测量的力传感器的问题，在包括叶片等复杂曲面精加工过程中实时测量磨抛力的大小，并反馈到自动加工系统，进而调整下一时刻磨抛力值，即实现对磨削力的实时控制，进而实现复杂曲面的高效、精细化加工。综上可知，本实施例中提供的圆柱式仿生多维力传感器具有体积小、重量轻和灵敏度高的特点。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。