多自由度力和力矩传感器及机器人制造技术

提供一种多自由度力和力矩传感器。该多自由度力和力矩传感器包括第一刚性板，第二刚性板，多个连接在第一刚性板和第二刚性板之间的弹性件，以及设置在第一刚性板和第二刚性板之间的信号对，该些信号对被配置为检测第一和第二刚性板在多个方向上的相对位移。

【技术实现步骤摘要】
多自由度力和力矩传感器及机器人
本申请涉及力和力矩传感器技术，更为具体地，涉及多自由度力和力矩传感器以及机器人。
技术介绍
大多数现有的力和力矩传感器使用基于接触的应变计，将由整体力和/或力矩引起的局部结构应变，转换为随后会被放大的电信号。应变计通常被粘合在这些局部结构上，通过应变计对形变的敏感而获得相应的电信号，从而最终确定施加到力和力矩传感器上的力和力矩。比如申请号为201210589784.7的中国申请即公开了这类具有粘合在机械结构上的应变组件的六维力和力矩传感器。但是，每个应变计只对独特的变形模式敏感，对其它变形则不敏感。这使得这些传感器无法广泛应用于机器人、自动化行业，以及实验室。最近有一些产品和研究集中在非接触传感方法，如电容、电感和光学解决方案，例如公开号为KR1020130126082A的韩国申请，以及专利号为US10260970B2的美国专利都公开了这类力和力矩传感器。与将形变转换为电信号的转换部件(如，应变计)设置在形变最为剧烈的局部结构处不同，这类方案是将转换部件放置在具有最大位移的位置处并将感测到的位移转换为电信号。对于不同的应用场景，可能需要三个正交力和三个正交力矩的不同的总范围，据此所需要的机械结构要被设计为具有平衡这些力和力矩的能力。然而，很少有现有技术能够证明它的设计具有这样的能力。实际上，不同的力和力矩引起的结构变形是严重耦合的，因此很难在不影响其它力和力矩的情况下，单独调整传感器对应单个力和力矩的检测能力。因此，有必要对六自由度的力和力矩传感器做出改进。r>
技术实现思路
下文将对本申请的各方面做简要描述以提供对这些方面的最基本的理解。该申请内容并非对所有预期方面的广泛概述，其既不意在标识出所有方面的重要或关键要素也不意在界定任何或所有方面的范围，仅在于以简化的形式呈现一个或多个方面的一些概念，作为稍后呈现的更详细描述的开始。根据本申请的一个方面，提供了一种多自由度力和力矩传感器。该多自由度力和力矩传感器可包括第一刚性板；第二刚性板；连接在第一刚性板和第二刚性板之间的多个弹性件；以及设置于所述第一刚性板和所述第二刚性板之间的信号对，被配置为用于检测所述第一刚性板和所述第二刚性板在多个方向上的相对位移。各该多个弹性件可以包括第一柱状部和第二柱状部，其中，所述第一柱状部的第一端连接到所述第一刚性板，所述第二柱状部的第一端连接到所述第二刚性板，所述第一柱状部和所述第二柱状部均基本上沿所述多自由度力和力矩传感器的轴向方向延伸。各该弹性部件还包括连接部，该连接部用于连接第一柱状部和第二柱状部，并且该连接部的至少一部分大体沿垂直于该多自由度力和力矩传感器的轴向方向的方向延伸。根据本申请的又一个方面，提供了又一种多自由度力和力矩传感器。该多自由度力和力矩传感器包括第一刚性板；第二刚性板；连接在第一刚性板和第二刚性板之间的多个弹性件；设置于所述第一刚性板和所述第二刚性板间的信号对，被配置为用于检测所述第一刚性板和所述第二刚性板在多个方向上的相对位移；其中，所述多个弹性件被布置在第一刚性板和第二刚性板的边缘部分。各该弹性件可包括第一柱状部和第二柱状部，其中，所述第一柱状部的第一端与所述第一刚性板连接，所述第二柱状部的第一端与所述第二刚性板连接，并且所述第一柱状部和所述第二柱状部基本上沿所述多自由度力和力矩传感器的轴向方向延伸。各该弹性件还包括用于连接第一柱状部和第二柱状部的连接部。该连接部被成形为该连接部的第一长度大于其在所述多自由度力和力矩传感器的轴向方向上的高度，其中，该第一长度是该连接部到垂直于所述多自由度力和力矩传感器的轴向方向的平面上的投影的长度。根据本申请的再一个方面，还提供一种机器人。所述机器人包括依次连接的多个连杆和末端执行器，其中，所述末端执行器包括如上所述的任意一种多自由度力和力矩传感器。附图说明下文将结合附图对本申请的实施例做详细描述，可参照其更好地理解本申请，其中：图1是根据本申请一个实施例的多自由度力和力矩传感器的示意性视图。图2是示例性弹性件的横截面示意图，其可用于根据图1所示的多自由度力和力矩传感器。图3示意性地示出了半环形连接部的截面图。图4示意性地示出了根据本申请一种示例的连接部的横截面示意图。图5示意性地示出了根据本申请的又一示例的连接部的横截面示意图。图6示意性地示出了根据本申请的再一示例的连接部的横截面示意图，其中，连接部为梁形。图7是根据本申请实施例的另一种用于多自由度力和力矩传感器的弹性件的示意图。图8示意性地示例出了图7所示的连接部803的截面图。图9是根据本申请的一个实施例的多自由度力和力矩传感器200的透视图。图10示出了根据本申请的实施例的包括多自由度力和力矩传感器的示例性机器人900。具体实施方式下文结合附图的详细描述意在对各种不同的配置进行描述，而不是表示它们是可以实施本文所述概念的唯一配置。所给出的详细描述包括为提供对各种概念的透彻理解具体细节。但显然，对于本领域技术人员而言，可在没有这些具体细节的情况下实现这些概念。图1是根据本申请的一个实施例的多自由度力和力矩传感器100的示意性视图。如图所示，多自由度力和力矩传感器100包括第一刚性板10、第二刚性板20、多个弹性件30和多个信号对(未示出)。多个弹性件30设置在第一刚性板10和第二刚性板20之间，其中，各弹性件30例如经由其一端连接到第一刚性板10，经由其另一端连接到第二刚性板20。多个信号对布置于第一刚性板10和第二刚性板20上以检测该两个板的相对位移。在一个示例中，在外力作用于多自由度力和力矩传感器100时，第一刚性板10和第二刚性板20由于其较高的刚性而保持形状基本不变，弹性件30则可能在水平和/或垂直方向上发生偏转、变形，这使得第一刚性板10和第二刚性板20发生相对移动。其中，弹性件30的材料通常为金属材料，例如不锈钢，但在一些实施例中也可以使用塑料或橡胶等其他材料。所布置的信号对能检测第一刚性板10和第二刚性板20的相对移动。图2是示例性弹性件的横截面示意图，其可用于根据图1所示的多自由度力和力矩传感器100。如图2所示，弹性件30包括第一柱状部301、第二柱状部302和连接部303。第一柱状部301经由其第一端301a连接至第一刚性板10，第二柱状部302经由其第一端302a连接至第二刚性板20。第一柱状部301经由其第二端301b连接至连接部303，第二柱状部302经由其第二端302b连接至连接部303。如图所示，第一柱状部301和第二柱状部302被配置成基本上沿多自由度力和力矩传感器100的轴向方向延伸。为方便描述，图2示出了与传感器100关联的包括X、Z轴的坐标系，其中，Z轴与多自由度力和力矩传感器100的轴向方向平行。Y轴没有示出，但应应理解到，Y轴垂直于X轴和Z轴构成的平面，X、Y和Z轴在本文中有时也描述为X、Y和Z方向，垂直于Z轴的平面也称为XY平面。应当理解，表述“基本上沿多自由本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多自由度力和力矩传感器，其包括：/n第一刚性板；/n第二刚性板；/n多个弹性件，其被连接在第一刚性板和第二刚性板之间，每个所述弹性件包括：/n第一柱状部和第二柱状部，所述第一柱状部的第一端与所述第一刚性板连接，所述第二柱状部的第一端与所述第二刚性板连接，所述第一柱状部和所述第二柱状部基本上沿所述多自由度力和力矩传感器的轴向方向延伸；以及/n连接部，其被用于连接第一柱状部和第二柱状部，所述连接部的至少一部分大体沿垂直于所述多自由度力和力矩传感器的轴向方向的方向延伸；以及/n多个信号对，设置于所述第一刚性板和所述第二刚性板间，配置为检测所述第一刚性板和所述第二刚性板在多个方向上的相对位移。/n

【技术特征摘要】
1.一种多自由度力和力矩传感器，其包括：
第一刚性板；
第二刚性板；
多个弹性件，其被连接在第一刚性板和第二刚性板之间，每个所述弹性件包括：
第一柱状部和第二柱状部，所述第一柱状部的第一端与所述第一刚性板连接，所述第二柱状部的第一端与所述第二刚性板连接，所述第一柱状部和所述第二柱状部基本上沿所述多自由度力和力矩传感器的轴向方向延伸；以及
连接部，其被用于连接第一柱状部和第二柱状部，所述连接部的至少一部分大体沿垂直于所述多自由度力和力矩传感器的轴向方向的方向延伸；以及
多个信号对，设置于所述第一刚性板和所述第二刚性板间，配置为检测所述第一刚性板和所述第二刚性板在多个方向上的相对位移。


2.根据权利要求1所述的多自由度力和力矩传感器，其中，所述连接部为环形，所述连接部外表面的一侧连接所述第一柱状部的第二端而所述连接部外表面的相对侧连接所述第二柱状部的第二端。


3.根据权利要求1所述的多自由度力和力矩传感器，其中，所述连接部为半环形，所述连接部的一端被连接到所述第一柱状部的第二端，所述连接部的另一端部被连接到所述第二柱状部的第二端。


4.根据权利要求1所述的多自由度力和力矩传感器，其中，所述连接部包括第一部分和第二部分，所述第一部分在基本垂直于所述多自由度力和力矩传感器的轴向方向的方向上延伸且连接到所述第一柱状部的第二端，所述第二部分从所述第一部分的不同位置延伸到所述第二柱状部的第二端。


5.根据权利要求1所述的多自由度力和力矩传感器，其中，所述连接部包括第一部分和第二部分，所述第一部分包括第一子部分和第二子部分，所述第一子部分连接到所述第一柱状部的所述第二端而所述第二子部分连接到所述第二柱状部的所述第二端，所述第一子部分和所述第二子部分均在基本垂直于所述多自由度力和力矩传感器的轴向方向的方向上延伸，所述第二部分连接在所述第一子部分和第二子部分之间。


6.根据权利要求1所述的多自由度力和力矩传感器，其中，所述连接部为粱形，且基本垂直于所述多自由度力和力矩传感器的轴向方向。


7.根据权利要求1所述的多自由度力和力矩传感器，其中，所述多个弹性件布置于所述第一刚性板和第二刚性板的边缘部分。


8.一种多自由度力和力矩传感器，其包括：
第一刚性板；
第二刚性板；
多个弹性件，其被连接在第一刚性板和第二刚性板之间，每个所述弹性件包括：
第一柱状部和第二柱状部，所述第一柱状部的第一端与所述第一刚性板连接，所述第二柱状部的第一端与所述第二刚性板连接，所述第一柱状部和所述第二柱状部基本上沿所述多自由度力和力矩传感器的轴向方向延伸；以及
连接部，其连接在所述第一柱状部和第二柱状部之间，所述连接部被成形...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜皓，李书涵，王世全，安然，李学森，
申请(专利权)人：上海非夕机器人科技有限公司，非夕科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31