轴向力传感器及具有该传感器的机器人夹持器和机器人制造技术

本申请提供了一种轴向力传感器、机器人夹持器和机器人。轴向力传感器包括传感膜片和至少两个信号对。传感膜片包括内环、外环和连接在内环和外环之间的连接元件。连接元件在要检测的轴向力的方向上比其它负载方向更柔顺。每个信号对包括信号发射器和信号接收器。信号发射器连接到内环和外环中的一个。信号接收器连接到内环和外环中的另一个。

Axial force sensor and robot gripper and robot with the sensor

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】轴向力传感器及具有该传感器的机器人夹持器和机器人相关申请的交叉引用根据《美国法典》第35编第119(e)节，本申请要求2018年7月2日提交的，申请名称为“LOWCROSSTALKAXIALFORCESENSOR”的第62/693,034号美国临时申请的优先权，该美国临时申请的公开内容以引用的方式整体并入本申请。
本公开一般涉及传感器结构和技术，特别是涉及轴向力传感器，具有该轴向力传感器的机器人夹持器和机器人。
技术介绍
单轴负载传感器广泛应用于自动化产业以及研究实验室。现有的单轴负载传感器通常使用应变片测量挠度，应变片需要复杂的传感结构。使用的传感器对制造公差、温度变化和冲击负载都很敏感，并且需要经常重新校准。多个应变片通常以彼此正好相对的位置安装在传感结构中，以补偿离轴负载。而多个应变片容易产生装配误差。
技术实现思路
因此，本公开旨在提供轴向力传感器，具有轴向力传感器的机器人夹持器和机器人。为了解决上述问题，本公开采用的技术方案提供了一种轴向力传感器。该轴向力传感器可以包括传感膜片和至少两个信号对。传感膜片包括内环、外环和连接在内环和外环之间的连接元件。连接元件在要检测的轴向力的方向上比其它负载方向更柔顺。每个信号对包括信号发射器和信号接收器。信号发射器连接到内环和外环中的一个。信号接收器连接到内环和外环中的另一个。为了解决上述问题，本公开采用的另一个技术方案提供了一种机器人夹持器。该机器人夹持器包括抓取机构和轴向力传感器。轴向力传感器可以用来测量作用在抓取机构上的力。轴向力传感器可以包括传感膜片和至少两个信号对。传感膜片包括内环、外环和连接在内环和外环之间的连接元件。连接元件在要检测的轴向力方向上比其它负载方向更柔顺。每个信号对包括信号发射器和信号接收器。信号发射器连接到内环和外环中的一个。信号接收器连接到内环和外环中的另一个。为了解决上述问题，本公开采用的另一个技术方案提供了一种具有至少一个轴向力传感器的机器人。轴向力传感器可以包括传感膜片和至少两个信号对。传感膜片包括内环、外环和连接在内环和外环之间的连接元件。连接元件在要检测的轴向力的方向上比其它负载方向更柔顺。每个信号对包括信号发射器和信号接收器。信号发射器连接到内环和外环中的一个。信号接收器连接到内环和外环的另一个。根据本公开，轴向力传感器可以包括多对信号发射器和信号接收器。这些信号发射器和信号接收器可用于离轴负载消除和温度补偿。因此，轴向力传感器可以更精确地测量作用在其上的轴向力。附图说明为了清楚地解释本公开的实施例中的技术解决方案，下面将简要描述在实施例的描述中使用的附图。以下描述中的附图仅仅是本公开的示例性实施例。对于本领域的普通技术人员，也可以基于这些附图无需付出任何创造性工作，得到其它实施例。图1是根据本公开一实施例的轴向力传感器的示意图。图2是根据本公开一实施例的轴向力传感器的传感膜片的示意图。图3是根据本公开一实施例的轴向力传感器的横截面图，示出了屏蔽结构的示例性结构。图4是根据本公开一实施例的轴向力传感器的截面图，示出了硬挡块的示例性结构。图5和6示出了根据本公开一实施例的安装在轴向力传感器上的两个信号对的示例性布置。图7至9示出了根据本公开一实施例的轴向力传感器中的信号对的几种示例性配置。图10是根据本公开一实施例的夹持器的示意图。图11是根据本公开一实施例的机器人的示意图。具体实施方式现在将参考附图和示例详细描述本公开。所描述的实施例仅仅是示例性的，且表示本公开的实施例的子集。本领域技术人员无需付出创造性的努力就可以基于本公开的实施例认识到其它实施例，并且所有这些实施例都属于本公开的范围。参照图1，示出了根据本公开的某些实施例的轴向力传感器100。轴向力传感器100可以包括传感膜片10、保持结构30、屏蔽结构40和硬挡块50。如图2所示，传感膜片10可以包括内环11、外环12、连接元件13和中心孔14。连接元件13可以连接在内环11和外环12之间。在某些实施例中，传感膜片10可以由一种或多种牢靠性强的材料(例如铝合金、钛合金和不锈钢合金)制成。连接元件13在要检测的轴向力的方向上比其它负载方向更柔顺。例如，连接元件13在传感膜片10的轴向上是适度柔顺的，但在其它负载方向上相当坚硬(例如，在其它负载方向上对力和力矩都是刚性的)。因此，轴向力以外的力和力矩都不能使结构显著偏转而改变传感器的输出。图3示出了轴向力传感器100的示例横截面图，其中示出了信号对20。每个信号对20可以包括信号发射器21和信号接收器22。信号发射器21和信号接收器22可以连接到传感膜片10的不同部分。也就是说，在一些示例中，如果信号发射器21和传感膜片10的内环11连接，则信号接收器22可以和传感膜片10的外环12连接。在其它示例中，如果信号发射器21和传感膜片10的外环12连接，则信号接收器22可以和传感膜片10的内环11连接。当轴向负载施加到传感膜片10的外环12(或内环11)时，外环12相对于内环11偏转，从而改变了信号接收器22的读数。在一些实施例中，轴向力传感器100可以只包括两个信号对20。两个信号对20可以沿传感膜片10的周向方向相对布置。当轴向负载施加到传感膜片10时，两个信号对20可以具有相反的信号变化趋势，因此，通过将两个信号相减，然后除以二(即，计算差分输出)，可以得到总的力。当离轴负载(例如，弯矩)施加到传感膜片10上，两个信号对20可以具有相同的信号变化趋势，因此，通过彼此相减，由这个负载引起的偏转可能相互抵消。在另一个示例中，由温度变化引起的信号变化使得两个信号对以相同的趋势变化，因此通过彼此相减，也可以消除温度偏移的影响。大多数非电阻传感方法对温度变化不敏感，因此即使没有完全抵消，温度变化对传感器的影响也很小。在本公开的各种示例中，还可以使用更多对(例如，3对、4对或更多)信号发射器21和信号接收器22。在这样的示例中，通过启用更为精确的离轴负载抵消和温度补偿方法，使用多对信号发射器21和信号接收器22可以使轴向力传感器100能够更精确地测量作用在其上的轴向力。在一些示例中，信号发射器21和/或信号接收器22可以是电感的、电容的、电阻的、光学的，或者可以使用其它信号形式。在一个实施例中，信号发射器21可以是磁体，信号接收器22相应地可以是霍尔效应传感器。霍尔效应传感器的工作原理如下。当霍尔效应传感器检测垂直于磁化轴的磁场强度(即图5中的Y轴)，并且能够沿着磁体的磁化轴(即图5中进出页面的Z轴)移动时，传感器的位移与由传感器检测到的磁场强度之间的关系基本上是线性的。当霍尔效应传感器检测垂直于磁化轴的磁场强度(即图5中的Y轴)，并且能够在垂直于磁体的磁化轴的方向上(即图5中的Y轴)移动时，检测到的磁场强度与传感器的位移之间的关系是更少线性的，可以用非线性函数(如多项式函数)建模。此外，当霍尔效应传感器检测垂直于磁化轴的磁场强度(即图5中的Y轴本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.轴向力传感器，包括：/n传感膜片，所述传感膜片包括：内环，外环，以及连接在所述内环和所述外环之间的连接元件，其中所述连接元件在要检测的轴向力的方向上比其它负载方向更柔顺；以及/n至少两个信号对，所述至少两个信号对中的每个信号对包括：连接到所述内环和所述外环中的一个的信号发射器；以及连接到所述内环和所述外环中的另一个的信号接收器。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180702 US 62/693,0341.轴向力传感器，包括：
传感膜片，所述传感膜片包括：内环，外环，以及连接在所述内环和所述外环之间的连接元件，其中所述连接元件在要检测的轴向力的方向上比其它负载方向更柔顺；以及
至少两个信号对，所述至少两个信号对中的每个信号对包括：连接到所述内环和所述外环中的一个的信号发射器；以及连接到所述内环和所述外环中的另一个的信号接收器。


2.根据权利要求1所述的轴向力传感器，其特征在于，所述至少两个信号对包括第一信号对和第二信号对，并且所述第一信号对和所述第二信号对沿所述传感膜片的周向方向相对布置。


3.根据权利要求2所述的轴向力传感器，其特征在于，所述信号发射器是磁体，所述信号接收器是霍尔效应传感器。


4.根据权利要求3所述的轴向力传感器，其特征在于，所述第一信号对的磁体的磁化方向与所述第二信号对的磁体的磁化方向相反；
所述第一信号对的磁体的磁化方向和所述第二信号对的磁体的磁化方向基本上垂直于所述传感膜片的延伸方向；并且
所述第一信号对和所述第二信号对中的每个信号对的所述霍尔效应传感器沿所述传感膜片的径向方向与相应的所述磁体隔开。


5.根据权利要求1所述的轴向力传感器，其特征在于，还包括保持结构，其中所述内环设有中心孔，所述保持结构包括：
穿过所述中心孔并与所述内环连接的中轴；以及
与所述中轴连接并平行于所述传感膜片延伸的支撑板。


6.根据权利要求5所述的轴向力传感器，其特征在于，还包括屏蔽结构，所述屏蔽结构安装在所述支撑板上，并且在所述传感膜片的周向方向上，位于对应于所述至少两个信号对的位置，
其中，所述屏蔽结构封闭所述至少两个信号对，以保护所述至少两个信号对免受信号干扰。


7.根据权利要求5所述的轴向力传感器，其特征在于，还包括安装在所述支撑板上并围绕所述外环的硬挡块，其中在所述硬挡块和所述外环的上下两侧之间均存在间隙，并且所述硬挡块用于防止所述外环的过度偏转。


8.根据权利要求5所述的轴向力传感器，其特征在于，所述信号发射器安装在所述外环上，而所述信号接收器安装在所述支撑板上，并且在所述传感膜片的轴向方向或径向方向上与所述信号发射器对准。


9.根据权利要求5所述的轴向力传感器，其特征在于，所述信号接收器安装在所述外环上，而所述信号发射器安装在所述支撑板上，并且在所述传感膜片的轴向方向或径向方向上与所述信号接收器对准。


10.机器人夹持器，包括抓取机构和轴向力传感器，所述轴向力传感器用于测量施加在所述抓取机构上的力，其中所述轴向力传感器包括：
传感膜片，所述传感膜片包括：内环，外环，以及连接在所述内环和所述外环之间的连接元件，其中所述连接元件在要检测的轴向力的方向上比其它负载方向更柔顺；以及
至少两个信号对，所述至少两个信号对中的每个信号对包括：连接到所述内环和所述外环中的一个的信号发射器；以及连接到所述内环和所述外环中的另一个的信号接收器。


11.根据权利要求10所述的机器人夹持器，其特征在于，所述至少两个信号对包括第一信号对和第二信号对，并且所述第一信号对和所述第二信号对沿所述传感膜片的周向方向相对布置。


12.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜皓，王世全，
申请(专利权)人：非夕科技有限公司，非夕机器人科技有限公司，
类型：发明
国别省市：开曼群岛;KY