專利名稱：用于測量力和/或力矩的傳感裝置和這種傳感裝置的應用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于測量力和/或力矩的傳感裝置，所述力和/或力矩借 助于剛性的傳遞件進行傳遞，其中，該傳感裝置可借助于第一接頭與該傳 遞件的第一部件連接并且可借助于第二接頭與該傳遞件的第二部件連接并 且裝備有一些機電的傳感元件以將機械參數(shù)轉(zhuǎn)換為電參數(shù)。
本發(fā)明還涉及這種傳感裝置在人造肢體、特別是在人造腿中的應用。
背景技術(shù)：
已經(jīng)公知了一些傳感裝置，借助于它們可以對患者進行行走分析。因 為這些傳感裝置體積較大，所以它們必須被安裝在測試假體中，這些測試 假體應盡可能良好地與實際中使用的假體相應。但是，由于假體的其他設 計和通過傳感裝置而改變的重量關(guān)系，僅能進行這樣的行走分析，這些行 走分析可能不非常完全地與實際使用假體時的行走狀況相應。
此外，還嘗試在患者裝有假體的四肢上設置一個傳感裝置，該傳感裝 置構(gòu)造有加速度測量計。這種裝置可以被用來分析行走動態(tài)，但是在站立 時或者在幾乎靜止的運動時不能測量假體的負荷。
由DE101 39 333公開了一種帶有大腿部、膝關(guān)節(jié)、小腿部和腳部的假 體，其中，小腿部被構(gòu)造用于容納一個傳感裝置。該傳感裝置被設置用于 在測量技術(shù)上區(qū)分彎曲負荷的軸向負荷。該傳感裝置包括一個框架，該框 架包括一些彎曲的、用于測量彎曲負荷的側(cè)支撐件和一個中心的、用于測 量垂直(軸向)負荷的薄支撐件。
不僅對于假體而且對于很多其他的應用領(lǐng)域、例如對于機器人手臂的 設計和控制存在對力和/或轉(zhuǎn)矩進行確定的需要。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的在于，提出一種開頭所述類型的傳感裝置，其能夠以較小的空間構(gòu)成并且使得靜態(tài)負荷以及動態(tài)負荷的可靠測量成為可能。
根據(jù)本發(fā)明，該目的通過一種開頭所述類型的傳感裝置來解決，該傳 感裝置的特征是，該傳感裝置具有一個從第一接頭起圍繞該第一接頭的第 一法蘭，該第一法蘭通過一些垂直于該第一法蘭的支撐件與一個平行于該 第一法蘭定向的第二法蘭連接，其中，支撐件之間的間隔大于支撐件的寬 度尺寸；所述第二接頭設置在該第二法蘭上；所述傳感元件被設計用于確 定伸展或壓縮并且被靠近支撐件地設置在該第二法蘭的兩個表面中的至少 一個上。
本發(fā)明的傳感裝置允許力從第一接頭到優(yōu)選設置在第二法蘭中心處的 第二接頭的可靠傳遞并且反過來，其中，傳遞的力可以通過測量第二法蘭 上的最小變形來獲知。由于力在兩個法蘭之間借助于支撐件傳遞，因而變 形將集中在第二法蘭的鄰近所述支撐件的表面區(qū)域中并且可以在那里利用 對伸展或壓縮做出反應的傳感元件進行檢測。其長度優(yōu)選超過其寬度尺寸 的支撐件引起這兩個法蘭的脫聯(lián)，它使得力的傳遞成為可能，另一方面， 變形集中在這些法蘭之一上、在此集中在第二法蘭上，以至于在變形方面、 即在測量效果方面實現(xiàn)這兩個法蘭的脫聯(lián)。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施形式中，用于傳感伸展和壓縮的傳感元件 被設置在第二法蘭的兩個表面上。通過伸展和壓縮之間的由此實現(xiàn)的區(qū)分， 能夠以更高的可靠性確定所述傳遞的力和/或力矩的類型。此外，可能的是， 當這些處于第二法蘭的上表面和下表面上的傳感元件以合適的方式彼此接 線時，獲得增強的測量信號。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施形式中，該傳感裝置兩件式地以一個包括 所述第一法蘭的第一部件和一個包括所述第二法蘭和所述支撐件的第二部 件構(gòu)成，其中，這兩個部件剛性地、例如通過螺釘連接、彼此連接。當所 述支撐件設有用于容納固定螺釘?shù)穆菁y孔時，所述螺釘連接可以優(yōu)選通過 這些支撐件實現(xiàn)。
該傳感裝置的第一接頭優(yōu)選帽狀地構(gòu)造有圓筒形的橫截面，第一法蘭 連接在其上。該帽狀接頭可以優(yōu)選跨接(iibergreifen) —個公知的調(diào)整角錐 并且設有用于一些作用在調(diào)整角錐的平坦面上的調(diào)整螺釘?shù)呢灤┞菁y孔。
第二接頭可以例如構(gòu)造有一個調(diào)整角錐，該調(diào)整角錐通過一個凸拱部
5過渡到第二法蘭。
優(yōu)選這些傳感元件是電阻應變片，這些電阻應變片在本發(fā)明的一個優(yōu) 選的實施形式中被定位，用于傳感線狀的伸展或壓縮。
可以通過在第二法蘭上在這些優(yōu)選線狀的伸展或壓縮區(qū)域的位置中設 置空槽來影響所述伸展或壓縮區(qū)域。這些空槽可以是圓孔，但也可以是具 有任意外輪廓、例如三角形外輪廓的穿通幵口。
優(yōu)選第一和第二法蘭具有四邊形的輪廓，并且設置四個支撐件以便在 這兩個法蘭的角部上連接這兩個法蘭。被設置用于定位第二法蘭中的伸展 區(qū)域或壓縮區(qū)域的空槽優(yōu)選位于第二接頭和這些支撐件之間，即沿著優(yōu)選 正方形的第二法蘭的對角線的方向。
通過這種結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)，平行于第二法蘭的邊緣地構(gòu)造由這些空槽延 伸的、平行于第二法蘭的邊緣的、線狀伸展區(qū)域或壓縮區(qū)域。
本發(fā)明的傳感裝置能夠以非常小的空間實現(xiàn)并且需要不大于2-3cm的 結(jié)構(gòu)高度。
因此，本發(fā)明的傳感裝置可以適配于例如旋轉(zhuǎn)接頭(Rotationsadapter) 的尺寸和重量，該旋轉(zhuǎn)接頭在假腿中設置在人造膝關(guān)節(jié)的緊上方。這種假 體的使得附加的旋轉(zhuǎn)成為可能的旋轉(zhuǎn)接頭可以容易地與本發(fā)明的傳感裝置 進行更換，使得可以在被制造用于患者的接下來的使用的假體上確定對于 行走分析所需的力和力矩。因此，負荷的確定可以在最終的假體上進行， 其中，通過假體的調(diào)整可以實現(xiàn)最優(yōu)化。
本發(fā)明的傳感裝置也適合于長時間安裝在假體中，以便實施長時間的 試驗。


下面根據(jù)圖中所示的實施例詳細說明本發(fā)明。其中
圖1是一個傳感裝置的第一部件的立體側(cè)視圖，
圖2是從斜下方觀察圖1中第一部件的立體視圖，
圖3是一個傳感裝置的第二部件的立體側(cè)視圖，
圖4是從斜下方觀察圖3中第二部件的立體視圖，
圖5是由這兩個部件組裝成的傳感裝置的立體側(cè)視圖，圖6是從斜下方觀察圖5中傳感裝置的立體視圖，
圖7是軸向負荷(z方向)時傳感裝置的示意性剖視圖，包括第二法蘭
上的線狀壓縮區(qū)域的示意圖，
圖8是繞著一個水平軸線(x軸線)的轉(zhuǎn)矩時根據(jù)圖7的示圖， 圖9是側(cè)向力起作用時根據(jù)圖7的示意圖，
圖10是繞著一個垂直的軸線(z軸線)的轉(zhuǎn)矩時根據(jù)圖7的示意圖。
具體實施例方式
圖1-6示出一個本發(fā)明傳感裝置的實施例的結(jié)構(gòu)。其包括一個第一部 件1，該第一部件由一個帽狀的圓筒形接頭2和一個與該接頭連接的正方形 法蘭3構(gòu)成。該正方形法蘭3在其角部上具有用于(未示出的)固定螺釘 的通孔4。
該帽狀的接頭2構(gòu)造有一個圓筒形的外套壁5，在該外套壁中具有分別 錯開90°的轉(zhuǎn)角的螺紋孔6。該帽狀的接頭2在其上表面上具有一個圓筒形 的底部7并且在其下表面上具有一個圓環(huán)形的帽檐8，該帽檐與矩形的法蘭 3連接成一體并且使該法蘭得到加強。
圖2示出，該帽狀的接頭2具有一個近似矩形構(gòu)成的容納空間9，該容 納空間用于容納一個調(diào)整適配器，該調(diào)整適配器具有四個傾斜的調(diào)整面， 穿過螺紋孔6擰入的調(diào)整螺釘壓在所述調(diào)整面上。
這種調(diào)整適配器10構(gòu)造在該傳感裝置的一個第二部件11上。該第二 部件11具有一個正方形的第二法蘭12，該第二法蘭的尺寸與第一法蘭3 的尺寸相等。這兩個法蘭3、 12通過一體地成形在所述第二部件上的支撐 件13彼此連接，這些支撐件在第二法蘭12的角部上向下延伸，以至于這 些支撐件在所述帽狀接頭2的徑向外部被放置在第一法蘭3上。這些支撐 件13分別設有一個起始于其下表面的螺紋盲孔，這些螺紋盲孔可以與第一 法蘭3的通孔4對準。
從圖3和4還可看出，所述支撐件13具有矩形橫截面并且向著其自由 端、即向下通過一個指向兩個支撐件13之間的間隔15的斜面16變細。
調(diào)整適配器10位于第二法蘭12的背離支撐件13的上表面17上。該 調(diào)整適配器以本身公知的方式以顛倒的角錐臺的形狀構(gòu)成并且從而具有四個傾斜延伸的、平坦的調(diào)整面18，這些調(diào)整面為了調(diào)整的目的可以與調(diào)整 螺釘共同作用。該調(diào)整適配器IO過渡為一個具有增大的直徑的底座19，該
底座以一個拱出的面產(chǎn)生一個到所述正方形的第二法蘭12的過渡。
該調(diào)整適配器10構(gòu)成該傳感裝置的第二接頭。在該第二接頭10與設
置在第二法蘭12的角部中的支撐件13之間、從而在所述正方形的第二法
蘭12的對角線方向上分別設有一個通孔形式的空槽20，通過這些空槽可以
影響下面還要詳細描述的應力范圍或應變范圍的形成。
圖5和6示出由這兩個部件1、 ll組裝成的、在裝配狀態(tài)中(但是不
具有固定螺釘)的傳感裝置?？梢钥闯?，在第一接頭2的容納空間9與構(gòu)
成第二接頭的調(diào)整適配器10之間僅僅需要小的、2-3cm的結(jié)構(gòu)高度。
圖7-10分別示意性示出剖割所述圖1-6中的傳感裝置的垂直剖面圖，
但是具有粘接在法蘭12的兩個表面上作為傳感元件的應變測量計21的示
意性示圖。
在圖7-10中分別處于下面的俯視圖示出電阻應變片21的定位，所述 電阻應變片通過線狀的壓縮區(qū)域22或伸展區(qū)域23改變其長度，從而給出 改變的電阻。
圖7示出一個力沿著z方向、即沿著一個用于小腿的管狀骨架假體的 軸向作用的情況。在此，位于第二法蘭12的上表面17上的電阻應變片21 處于壓縮區(qū)域22中，這些壓縮區(qū)域線狀地從所述通孔20平行于第二法蘭 12的邊緣地分別向著鄰近的邊緣延伸。因此，被相應地定向的電阻應變片 21沿壓縮方向改變其電阻值。
根據(jù)圖8，調(diào)整適配器10被加載一個繞著一垂直于圖紙平面(x方向) 的軸線的轉(zhuǎn)矩。該轉(zhuǎn)矩對于位于上表面17上的電阻應變片21在該轉(zhuǎn)矩所 指向(參見圖8中示出的箭頭Mx)的一側(cè)上導致一個壓縮，而該轉(zhuǎn)矩在相 反的一側(cè)上導致伸展區(qū)域23的形成。
圖9示出沿圖紙平面(y方向)作用在調(diào)整適配器10上的側(cè)向力，通 過該力僅形成垂直于該作用力的伸展區(qū)域23和壓縮區(qū)域22，而在第二法蘭 12的上表面12上的其余的電阻應變片21保持沒有測量信號。
在圖10中所示的沿z方向作用的轉(zhuǎn)矩Mz的情況下，在每個空槽20 上產(chǎn)生一個壓縮區(qū)域22和一個伸展區(qū)域23，其中，沿著該轉(zhuǎn)矩Mz的方向看，壓縮區(qū)域23分別以90。位于伸展區(qū)域前面。
借助于所述的實施例可以看出，以電阻應變片21作為傳感元件可以單 義地檢測出現(xiàn)的各種力和力矩。
位于第二法蘭12的下表面上的電阻應變片21分別給出一些信號，這 些信號與位于該第二法蘭12的上表面17上的電阻應變片21的信號互補， 以至于它們在合適的相加時可以有助于測量信號的加強。
權(quán)利要求
1.一種用于測量力和/或力矩的傳感裝置，所述力和/或力矩被借助于剛性的傳遞件傳遞，其中，該傳感裝置可借助于一個第一接頭(2)與傳遞件的一個第一部件連接并且可借助于一個第二接頭(10)與該傳遞件的一個第二部件連接并且裝備有機電的傳感元件(21)以將機械參數(shù)轉(zhuǎn)換為電參數(shù)，其特征在于該傳感裝置具有一個從第一接頭(2)起圍繞該第一接頭(2)的第一法蘭(3)，該第一法蘭通過一些垂直于該第一法蘭(3)的支撐件(13)與一個平行于該第一法蘭(3)定向的第二法蘭(12)連接，其中，這些支撐件(13)之間的間隔(15)大于這些支撐件(13)的寬度尺寸；所述第二接頭(10)設置在該第二法蘭(12)上；所述傳感元件被設計用于確定伸展或壓縮并且在這些支撐件(13)旁設置在該第二法蘭(12)的兩個表面中的至少一個上。
2. 按權(quán)利要求1所述的傳感裝置，其特征在于這些傳感元件(21) 被設置在第二法蘭(12)的兩個表面上以便傳感伸展或壓縮。
3. 按權(quán)利要求1或2所述的傳感裝置，其特征在于該傳感裝置兩件 式地由一個具有所述第一法蘭(3)的第一部件(1)和一個具有所述第二 法蘭(12)的第二部件(11)構(gòu)成并且這些部件(1， 11)可剛性地彼此連 接。
4. 按權(quán)利要求3所述的傳感裝置，其特征在于所述支撐件(13)設 有用于接收固定螺釘?shù)穆菁y孔(14)。
5. 按權(quán)利要求l-4中任一項所述的傳感裝置，其特征在于該第一接 頭(2)帽狀地構(gòu)造有圓筒形的橫截面，第一法蘭(3)連接在該第一接頭 上。
6. 按權(quán)利要求1-5中任一項所述的傳感裝置，其特征在于該第二接 頭(10)通過一個凸拱部過渡到第二法蘭(12)。
7. 按權(quán)利要求1-6中任一項所述的傳感裝置，其特征在于這些傳感 元件(21)是電阻應變片。
8. 按權(quán)利要求7所述的傳感裝置，其特征在于這些電阻應變片(21) 被定位以便傳感線狀的伸展或壓縮。
9. 按權(quán)利要求1-8中任一項所述的傳感裝置，其特征在于該第二法蘭(2)具有一些用于定位伸展區(qū)域(23)和壓縮區(qū)域(22)的空槽(20)。
10. 按權(quán)利要求1-9中任一項所述的傳感裝置，其特征在于該第一 法蘭(3)和第二法蘭(12)具有四邊形的輪廓；設置了四個支撐件(13)。
11. 按權(quán)利要求10所述的傳感裝置，其特征在于在第二接頭(10)與這些支撐件(13)之間沿對角線方向設置了四個空槽(20)。
12. 按權(quán)利要求11所述的傳感裝置，其特征在于這些電阻應變片(21)被定位以便傳感從所述空槽(20)平行于第二法蘭(12)的邊緣延伸的伸 展或壓縮。
13. 按權(quán)利要求1-12中任一項所述的方法，其特征在于該第二接頭 (10)設置在第二法蘭(12)的中心處。
14. 按權(quán)利要求1-13中任一項所述的傳感裝置在人造肢體中的應用， 特別是在人造腿中的應用，來代替人造肢體的可拆下的構(gòu)件，該傳感裝置 適配于該人造肢體的尺寸。
15. 按權(quán)利要求14所述的傳感裝置代替人造腿的旋轉(zhuǎn)接頭的應用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于測量力和/或力矩的傳感裝置，所述力和/或力矩借助于一剛性的傳遞件進行傳遞，其中，該傳感裝置可借助于一個第一接頭(2)與傳遞件的一個第一部件連接并且可借助于一個第二接頭(10)與該傳遞件的一個第二部件連接并且裝備有機電的傳感元件(21)以將機械參數(shù)轉(zhuǎn)換為電參數(shù)，在小尺寸的情況下通過以下方式使得精確測量成為可能，即該傳感裝置具有一個從第一接頭(2)起圍繞該第一接頭(2)的第一法蘭(3)，該第一法蘭通過一些垂直于該第一法蘭(3)的支撐件(13)與一個平行于該第一法蘭(3)定向的第二法蘭(12)連接，其中，這些支撐件(13)之間的間隔(15)大于這些支撐件(13)的寬度尺寸；所述第二接頭(10)設置在該第二法蘭(12)上；所述傳感元件被設計用于確定伸展或壓縮并且在這些支撐件(13)附近設置在該第二法蘭(12)的兩個表面中的至少一個上。優(yōu)選該傳感裝置使用在人造肢體中、特別是使用在人造腿中。
文檔編號A61F2/76GK101296674SQ200680039963
公開日2008年10月29日 申請日期2006年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月26日
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