用于针刺手法量化的机器手的六维力/力矩传感器

本发明提供一种用于针刺手法量化的机器手六维力/矩传感器，该传感器包括有主动平台、柔性十字轴、从动平台、轴承组件、四个柔性P铰、八个万向铰、针、P铰支架、针座，形成对针刺针所受力/力矩进行检测的柔性并联机构。有益效果是该量化针刺手法的机器手六维力/矩传感器结构体积紧凑，应用应变片技术采集针刺手法的提、插、捻、转、摇参数信息，可以感知小于20克的微小力/力矩。该该传感器集成到机器人系统，采集的针刺手法信息经A/D转换成数字信号，应用计算机软件对所采集的信息进行智能化处理，从而可以比较全面、客观的分析针刺手法的有效性，并且可以实时采集的信息，进行调整，实现均匀一致的手法。

1.一种用于针刺手法量化的机器手的六维力/力矩传感器，其特征是：该传感器包括有
主动平台(1)、柔性十字轴(2)、从动平台(3)、轴承组件(4)、四个柔性P铰(5)、八个万向铰
(6)、针(7)、P铰支架(8)、针座(9)，形成对针刺针所受力/力矩进行检测的柔性并联机构；
以所述十字轴(2)的中心为原点建立相对于主动平台(1)固定的x,y,z三维坐标系，所
述主动平台(1)与从动平台(3)均为U形结构体，主动平台(1)的U形开口与从动平台(3)的U
形开口相对，两者通过柔性十字轴(2)链接，柔性十字轴(2)的y方向的一对轴端通过轴承组
件(4)与主动平台(1)的侧壁链接，x方向的一对轴端通过轴承组件(4)与从动平台(3)的侧
壁链接构成一个柔性U铰；
所述针座(9)上端为一法兰结构，通过螺钉固定于从动平台(3)的外端面中心位置，针
座(9)中心设有直径3mm的孔，针(7)的端部插入针座(9)的孔中并通过顶丝固定，针座(9)的
下端也为法兰结构；所述每两个万向铰(6)连接柔性P铰(5)结构两端而构成四个柔性支杆，
每个柔性支杆分别对称的安装于针座(9)与P铰支架(8)之间，分别标记为第一P铰(P1)、第
二P铰(P2)、第三P铰(P3)、第四P铰(P4)；P铰支架(8)通过螺钉固定于主动平台(1)U形臂的
端面上，与主动平台(1)形成一个整体结构；
所述柔性十字轴(2)的每个半轴臂上设有两个方向相互垂直的中空区结构，即八个中
空区形成八个力敏感区，在每个力敏感区两侧外面上粘贴应变片并搭建成多个应变电路，
在主动平台(1)的U形槽内与柔性十字轴(2)之间的空间内设置集成电路板，通过螺钉固定
在主动平台(1)U形槽内顶面上；所述柔性P铰(5)为U形结构，且两U形臂之间有一个圆孔结
构而形成力敏感区，在所述力敏感区两个外侧面粘贴应变片并搭建成多个应变电路，在所
述力敏感区两个外侧面粘贴应变片，柔性十字轴(2)的各应变电路和柔性P铰(5)的各应变
电路均集成在所述集成电路板上。
2.根据权利要求1所述的用于针刺手法量化的机器手的六维力/力矩传感器，其特征
是：所述柔性十字轴(2)力敏感区应变片组成的应变电路有应变电路a、应变电路b、应变电
路c、应变电路d、应变电路e，其中应变电路a、应变电路b、应变电路e是全桥式电路，应变电
路c、应变电路d为半桥式电路，由应变电路a或者应变电路b获得针(7)沿柔性十字轴(2)的z
方向的力F_z，由应变电路c获得针(7)沿柔性十字轴(2)的x方向的力F_x，由应变电路d获得针
(7)沿柔性十字轴(2)的y方向的力F_y，由应变电路e获得针(7)绕柔性十字轴(2)的z轴旋转
的力矩M_z。
3.根据权利要求1所述的用于针刺手法量化的机器手的六维力/力矩传感器，其特征
是：所述柔性P铰(5)的力敏感区应变片组成的应变电路f、应变电路g均为全桥式应变电路，
由应变电路f、应变电路g分别获得针绕x、y轴的反转力矩M_y、M_x。