轻型机械臂自适应二维力反馈腕部连接器及传感器制造技术

本发明专利技术涉及轻型机械臂自适应二维力反馈腕部连接器及传感器，其中连接器由动板、定板、中框、第一弹簧片组件和第二弹簧片组件组成，定板与机械臂连接，动板与末端执行器连接，动板可以跟随两组弹簧片的变形而运动，弹簧片用于感应两个方向的受力，使得机械臂执行装配操作时，具有一定的位置容差，可以降低机械臂的精度要求，同时可以防止机械臂对被装配对象的机械损坏，提高装配可靠性；本发明专利技术机械臂自适应二维力反馈腕部连接器，可以有效提升力反馈精度，提升机械臂装配操作的容差，该装置有望成为轻型机械臂的标准配置。

Adaptive two dimensional force feedback wrist connector and sensor for Light Manipulator

The present invention relates to a robot arm, wrist force feedback adaptive two-dimensional connector and a sensor, wherein the connector consists of moving plate, plate, box, the first spring assembly and second spring components, the fixed plate is connected with a mechanical arm, actuator connecting plate and the movable plate can follow the end of spring and the deformation of two groups exercise, spring for the induction of the two directions of the force, the manipulator assembly operation, has a certain position tolerance, can decrease the accuracy of the manipulator, and can prevent the mechanical arm of the assembly objects mechanical damage, improve the assembly reliability; the invention manipulator adaptive two-dimensional wrist force feedback connector can to effectively enhance the precision of force feedback, enhance the tolerance of mechanical arm assembly operation, the device is expected to become the standard configuration for lightweight manipulator.

【技术实现步骤摘要】
轻型机械臂自适应二维力反馈腕部连接器及传感器
本专利技术涉及轻型机械臂自适应二维力反馈腕部连接器及传感器，属于机器人力传感领域。
技术介绍
传统工业机械臂采用位置控制模式，无法感知末端受力情况，力控型机械臂采用电流传感，但精度不高，无法对精细操作的微小力进行有效测量，目前市场上的力传感器难于集成入机械臂末端，限制了力传感器在机械臂上的应用。现有的力传感器主要采取辐轮式敏感元件，这种传感器具有结构简单，精度高的优点，但由于末端执行器各方向受力在敏感元件上耦合状态复杂，使得在多样的末端姿态和受力状态下，受力解算过程过于复杂；另外，这种传感器的敏感元件即为结构支撑件，且无法对弹性变形进行限位，其弹性元件必须设计得比较坚固，导致测量灵敏度不足。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的上述不足，提供轻型机械臂自适应二维力反馈腕部连接器，可安装于机械臂与末端执行器之间，作为机器人腕部连接器，可以对操作力进行感知和实时调整，具有较好的自适应能力。本专利技术的另外一个目的在于提供轻型机械臂自适应二维力反馈腕部传感器。本专利技术的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：轻型机械臂自适应二维力反馈腕部连接器，包括动板、定板、中框、第一弹簧片组件和第二弹簧片组件，其中定板与机械臂连接，动板与末端执行器连接，所述第一弹簧片组件包括n个第一弹簧片，n个第一弹簧片平行排列，固定在定板与中框之间，第二弹簧片组件包括m个第二弹簧片，m个第二弹簧片平行排列，固定在动板与中框之间，所述n个第一弹簧片在A方向产生弹性形变，所述m个第二弹簧片在B方向产生弹性形变，A方向和B方向不重合，其中n、m均为正整数，且n≥2，m≥2。在上述轻型机械臂自适应二维力反馈腕部连接器中，所述A方向和B方向互相垂直。在上述轻型机械臂自适应二维力反馈腕部连接器中，所述n个第一弹簧片与m个第二弹簧片均固定连接在中框的同一表面，即动板位于定板与中框之间，动板与定板之间不接触。在上述轻型机械臂自适应二维力反馈腕部连接器中，所述第一弹簧片与第二弹簧片的个数均为两个。在上述轻型机械臂自适应二维力反馈腕部连接器中，还包括定板上设置的限位件，用于对动板进行限位；所述限位件包括A方向限位件和B方向限位件，其中A方向限位件与第一弹簧片平行，B方向限位件与第二弹簧片平行。在上述轻型机械臂自适应二维力反馈腕部连接器中，所述n个第一弹簧片与m个第二弹簧片分别固定连接在中框的两个表面，即中框位于动板与定板之间。在上述轻型机械臂自适应二维力反馈腕部连接器中，所述第一弹簧片与第二弹簧片的个数均大于或等于两个。在上述轻型机械臂自适应二维力反馈腕部连接器中，还包括壳体和壳体上设置的限位件，用于对动板进行限位；所述限位件包括A方向限位件和B方向限位件，其中A方向限位件与第一弹簧片平行，B方向限位件与第二弹簧片平行。在上述轻型机械臂自适应二维力反馈腕部连接器中，所述第一弹簧片与第二弹簧片的弹性形变量为0.5mm～2mm。在上述轻型机械臂自适应二维力反馈腕部连接器中，所述第一弹簧片与第二弹簧片的长度L与宽度W满足：L:W＝3.5～6:1，其中长度L为弹簧片与中框连接的边的长度。在上述轻型机械臂自适应二维力反馈腕部连接器中，所述动板、定板和中框为金属材料。轻型机械臂自适应二维力反馈腕部传感器，包括上述轻型机械臂自适应二维力反馈腕部连接器，还包括应变片和测量电路，其中每个第一弹簧片与每个第二弹簧片上均安装一个应变片，应变片与测量电路连接。在上述轻型机械臂自适应二维力反馈腕部传感器中，所述应变片用于感应第一弹簧片或第二弹簧片的应变，将应变电流输出给测量电路，测量电路根据所述应变电流计算第一弹簧片或第二弹簧片的应变、应力和变形。在上述轻型机械臂自适应二维力反馈腕部传感器中，所述测量电路将计算得到的应变、应力和变形通过EtherCAT协议向外输出。在上述轻型机械臂自适应二维力反馈腕部传感器中，所述应变片设置在靠近第一弹簧片与定板的连接处，或靠近第一弹簧片与中框的连接处；或者设置在靠近第二弹簧片与动板的连接处，或靠近第二弹簧片与中框的连接处。在上述轻型机械臂自适应二维力反馈腕部传感器中，所述应变片距离第一弹簧片或第二弹簧片边缘的距离，为第一弹簧片或第二弹簧片宽度W的1/5～1/4。本专利技术与现有技术相比具有如下有益效果：(1)、本专利技术创新设计一种新型的机械臂自适应二维力反馈腕部连接器，由动板、定板、中框、第一弹簧片组件和第二弹簧片组件组成，定板与机械臂连接，动板与末端执行器连接，动板可以跟随两组弹簧片的变形而运动，弹簧片用于感应两个方向的受力，使得机械臂执行装配操作时，具有一定的位置容差，可以降低机械臂的精度要求，同时可以防止机械臂对被装配对象的机械损坏，提高装配可靠性。(2)、本专利技术机械臂自适应二维力反馈腕部连接器，可以有效提升力反馈精度，提升机械臂装配操作的容差，该装置有望成为轻型机械臂的标准配置；(3)、本专利技术机械臂自适应二维力反馈腕部连接器结构设计灵活多变，可以根据不同的敏感方向需要设计为不同的结构形式，还可以根据安装空间大小采用不同的结构设计，例如可以采用动板位于中框与定板之间的紧凑型结构设计，也可以采用中框位于动板与定板之间地结构设计，还可以根据需要增加弹簧片的数量，满足不同的应用要求；(4)、本专利技术机械臂自适应二维力反馈腕部连接器中采用了限位件对动板进行限位，从而限制弹簧片的应变量，可以防止弹性元件因永久变形而损坏，使得该高精度传感器能够连接较重的末端执行器；(5)、本专利技术机械臂自适应二维力反馈腕部传感器其弹性元件可以设计的更加灵敏，可以实现微小力测量。附图说明图1为本专利技术二维力反馈腕部连接器与末端执行机构连接示意图；图2为本专利技术二维力反馈腕部连接器结构示意图1；图3为本专利技术二维力反馈腕部连接器结构示意图2；图4为本专利技术弹簧片组件安装示意图，其中图4a为第一弹簧片组件安装示意图，图4b为第二弹簧片组件安装示意图；图5为本专利技术二维力反馈腕部连接器形变仿真图，其中图5a为A方向形变仿真图，图5b为B方向形变仿真图；图6为本专利技术二维力反馈腕部传感器结构示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实时例对本专利技术作进一步详细的描述：如图1所示为本专利技术二维力反馈腕部连接器与末端执行机构连接示意图，本专利技术二维力反馈腕部连接器可安装于机械臂与末端执行器之间，作为机器人腕部连接器，并具有一定的自适应能力。二维力反馈腕部连接器包括动板1、定板2、中框3、第一弹簧片组件和第二弹簧片组件，其中定板2与机械臂10连接，动板1与末端执行器11连接。第一弹簧片组件包括n个第一弹簧片5，n个第一弹簧片5平行排列，固定连接在定板2与中框3之间，且第一弹簧片5与定板2、中框3均垂直。第二弹簧片组件包括m个第二弹簧片6，m个第二弹簧片6平行排列，固定连接在动板1与中框3之间，且第二弹簧片6与动板1、中框3均垂直。其中n个第一弹簧片5和m个第二弹簧片6在两个不同地方向产生弹性形变，使得机械臂执行装配操作时，具有一定的位置容差。本专利技术二维力反馈腕部连接器可以采取不同的结构形式，如图2、3所示分别为本专利技术二维力反馈腕部连接器两种结构形式示意图。如图2所示给出了第一弹簧片5与第二弹簧片6均为两个时的结构形式，两个第一弹簧片5与两个第二弹簧片6均垂本文档来自技高网...

【技术保护点】
轻型机械臂自适应二维力反馈腕部连接器，其特征在于：包括动板(1)、定板(2)、中框(3)、第一弹簧片组件和第二弹簧片组件，其中定板(2)与机械臂(10)连接，动板(1)与末端执行器(11)连接，所述第一弹簧片组件包括n个第一弹簧片(5)，n个第一弹簧片(5)平行排列，固定在定板(2)与中框(3)之间，第二弹簧片组件包括m个第二弹簧片(6)，m个第二弹簧片(6)平行排列，固定在动板(1)与中框(3)之间，所述n个第一弹簧片(5)在A方向产生弹性形变，所述m个第二弹簧片(6)在B方向产生弹性形变，A方向和B方向不重合，其中n、m均为正整数，且n≥2，m≥2。

【技术特征摘要】
1.轻型机械臂自适应二维力反馈腕部连接器，其特征在于：包括动板(1)、定板(2)、中框(3)、第一弹簧片组件和第二弹簧片组件，其中定板(2)与机械臂(10)连接，动板(1)与末端执行器(11)连接，所述第一弹簧片组件包括n个第一弹簧片(5)，n个第一弹簧片(5)平行排列，固定在定板(2)与中框(3)之间，第二弹簧片组件包括m个第二弹簧片(6)，m个第二弹簧片(6)平行排列，固定在动板(1)与中框(3)之间，所述n个第一弹簧片(5)在A方向产生弹性形变，所述m个第二弹簧片(6)在B方向产生弹性形变，A方向和B方向不重合，其中n、m均为正整数，且n≥2，m≥2。2.根据权利要求1所述的轻型机械臂自适应二维力反馈腕部连接器，其特征在于：所述A方向和B方向互相垂直。3.根据权利要求1所述的轻型机械臂自适应二维力反馈腕部连接器，其特征在于：所述n个第一弹簧片(5)与m个第二弹簧片(6)均固定连接在中框(3)的同一表面，即动板(1)位于定板(2)与中框(3)之间，动板(1)与定板(2)之间不接触。4.根据权利要求3所述的轻型机械臂自适应二维力反馈腕部连接器，其特征在于：所述第一弹簧片(5)与第二弹簧片(6)的个数均为两个。5.根据权利要求3或4所述的轻型机械臂自适应二维力反馈腕部连接器，其特征在于：还包括定板(2)上设置的限位件，用于对动板(1)进行限位；所述限位件包括A方向限位件(12)和B方向限位件(13)，其中A方向限位件(12)与第一弹簧片(5)平行，B方向限位件(13)与第二弹簧片(6)平行。6.根据权利要求1所述的轻型机械臂自适应二维力反馈腕部连接器，其特征在于：所述n个第一弹簧片(5)与m个第二弹簧片(6)分别固定连接在中框(3)的两个表面，即中框(3)位于动板(1)与定板(2)之间。7.根据权利要求6所述的轻型机械臂自适应二维力反馈腕部连接器，其特征在于：所述第一弹簧片(5)与第二弹簧片(6)的个数均大于或等于两个。8.根据权利要求6或7所述的轻型机械臂自适应二维力反馈腕部连接器，其特征在于：还包括壳体和壳体上设置的限位件，用于对动板(1)进行限位；所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王昊，王燕波，陈志鸿，张科，李广伟，王妍，
申请(专利权)人：北京精密机电控制设备研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11