多自由度力传感器制造技术

公开了涉及多个自由度力传感器的系统和方法。本公开的一个方面提供了一种载荷传感器。载荷传感器包括第一板和第二板；多个单轴载荷单元，该多个单轴载荷单元包括第一、第二和第三单轴载荷单元，其中，第一、第二和第三单轴载荷单元中的每个都被设置在第一板和第二板之间并且沿着第一轴取向；以及多个约束关节，该多个约束关节被联接到第一板和第二板，多个约束关节被构造为抑制第一板相对于第二板在垂直于第一轴的方向上的平移并被构造为抑制第一板相对于第二板绕第一轴的旋转。

【技术实现步骤摘要】
多自由度力传感器相关申请的交叉引用本申请要求2019年12月17日提交的美国临时申请序列号62/949,406的35U.S.C.119(e)下的标题为“ThreeDegreesofFreedomForceSensor”的权益，其公开内容通过引用整体并入。
本专利技术涉及传感器，特别地涉及多自由度力传感器。
技术介绍
机器人通常被定义为可重新编程的多功能操纵器，其被设计为通过可变的编程动作来移动材料、零件、工具或专用设备以执行任务。机器人可以是物理锚定的操纵器(例如工业机器人臂)，在整个环境中移动的移动机器人(例如使用腿、轮或基于牵引的机构)，也可以是操纵器和移动机器人的某种组合。机器人用于各种行业，例如包括制造、运输、危险环境、勘探和医疗保健。
技术实现思路
本公开的一个方面提供了一种载荷传感器。载荷传感器包括第一板和第二板；多个单轴载荷单元，该多个单轴载荷单元包括第一、第二和第三单轴载荷单元，其中，第一、第二和第三单轴载荷单元中的每个都被设置在第一板和第二板之间并沿着第一轴取向；以及多个约束关节(joint)，该多个约束关节被联接到第一板和第二板，多个约束关节被构造为抑制第一板相对于第二板在垂直于第一轴的方向上的平移并构造为抑制第一板相对于第二板绕第一轴的旋转。在另一方面，多个约束关节包括至少一个球形约束部。在另一方面，至少一个球形约束部设置在多个单轴载荷单元的质心处。在另一方面，多个单轴载荷单元还包括第四单轴载荷单元，其中，第四单轴载荷单元设置在第一板和第二板之间并且沿着第一轴取向。在另一方面，多个单轴载荷单元中的每个设置在第一板的拐角处。在另一方面，多个单轴载荷单元被构造为测量沿着第一轴的力。在另一方面，载荷单元还包括输出接口，该输出接口被构造为将从多个单轴载荷单元输出的信号提供到处理器，其中，处理器被构造为计算绕第二轴和第三轴的力矩，其中第二轴和第三轴每个都垂直于第一轴，以及其中第二轴垂直于第三轴。在另一方面，多个单轴载荷单元中的每个都通过球形约束部而联接到第一板和第二板。在另一方面，多个单轴载荷单元中的每个都通过单向约束部联接到第一板和第二板。在另一方面，多个单轴载荷单元中的每个被构造为测量沿第一轴的压缩力和拉力。在另一方面，多个单轴载荷单元还包括沿着垂直于第一轴的第二轴取向的第五单轴载荷单元。在另一方面，载荷单元还包括沿第二轴和第三轴取向的双轴载荷单元，其中第三轴垂直于第一轴和第二轴二者。在另一方面，多个约束关节中的每个与多个单轴载荷单元和/或双轴载荷单元中的至少一个共同定位。本公开的一个方面提供了一种用于确定施加到机器人的一部分上的一个或多个力的方法。该方法包括通过多个单轴载荷单元感测施加到机器人的该一部分的力，该多个单轴载荷单元包括沿着第一轴取向并设置在第一板和第二板之间的第一、第二和第三单轴载荷单元。第一板和第二板受到设置在第一板和第二板之间的多个约束关节的约束，其中，多个约束关节被构造为抑制在第一板和第二板之间在垂直于第一轴的方向上的相对平移并被构造为抑制在第一板和第二板之间绕第一轴的相对旋转。该方法还包括基于多个单轴载荷单元的所感测到的输出来确定沿着第一轴的力；以及基于多个单轴载荷单元的所感测到的输出来确定绕第二轴和第三轴的力矩，其中第二和第三轴每个都垂直于第一轴，以及其中第二轴垂直于第三轴。该方法另外包括至少部分地基于所确定的力和力矩来调节机器人的操作。在另一方面，多个单轴载荷单元还包括第四单轴载荷单元。第四单轴载荷单元设置在第一板和第二板之间，并沿第一轴取向。确定沿第一轴的力包括至少部分地基于第四单轴载荷单元的所感测到的输出来确定沿第一轴的力。确定绕第二轴和第三轴的力矩包括至少部分地基于第四单轴载荷单元的所感测到的输出来确定绕第二轴和第三轴的力矩。在另一方面，多个单轴载荷单元还包括沿着第二轴取向的第五单轴载荷单元。该方法还包括基于多个单轴载荷单元的所感测到的输出来确定沿着第二轴的力。在另一方面，该方法还包括基于多个单轴载荷单元的所感测到的输出和/或沿着第二轴和第三轴取向的双轴载荷单元的所感测到的输出，确定沿着第二轴和第三轴的力。在另一方面，该方法还包括基于多个单轴载荷单元的所感测到的输出和/或双轴载荷单元的所感测到的输出，确定绕第一轴的力矩。在另一方面，调节机器人的操作包括调节机器人的加速度。在另一方面，调节机器人的加速度包括限制机器人的该部分的最大加速度。在另一方面，其中调节机器人的操作包括调节机器人的轨迹。本公开的一个方面提供了一种机器人，该机器人包括至少一个可移动肢体和联接到该至少一个可移动肢体的载荷传感器。载荷传感器包括第一板和第二板；多个单轴载荷单元，该多个单轴载荷单元包括第一、第二和第三单轴载荷单元，其中，第一、第二和第三单轴载荷单元中的每个都被设置在第一板和第二板之间并沿着第一轴取向；以及多个约束关节，该多个约束关节被联接到第一板和第二板，该多个约束关节构造为抑制第一板相对于第二板在垂直于第一轴的方向上的平移并构造为抑制第一板相对于第二板绕第一轴的旋转。在另一方面，至少一个可移动肢体包括操纵器臂。在另一方面，操纵器臂包括末端执行器，并且载荷传感器联接到末端执行器。在另一方面，机器人还包括构造为接收从载荷传感器输出的信号的处理器。在另一方面，处理器被构造为至少部分地基于所接收的信号来调节机器人的操作。在另一方面，处理器被构造为至少部分地基于所接收的信号来限制至少一个可移动肢体的加速度。在另一方面，处理器被构造为至少部分地基于所接收的信号来调节至少一个可移动肢体的轨迹。应当理解，前述构思和以下更详细讨论的附加构思的所有组合(假设这样的构思并不相互不一致)被认为是在此公开的专利技术主题的一部分。附图说明图1A是在环境中举起箱子的机器人的示例的透视图；图1B是机器人的示例的透视图；图1C是图1B的机器人的系统的示例布置的示意图；图2示出了根据一些实施例的与机器人一起使用的示例性三自由度(3DOF)传感器；图3示出了根据一些实施例的图2的3DOF传感器中的载荷单元的示例构造；图4A是根据一些实施例的与机器人一起使用的示例性多DOF传感器的示意性顶视图；图4B是根据一些实施例的与图4A的多DOF传感器相关联的运动学自由度的示意性顶视图；图4C是根据一些实施例的与图4A的多DOF传感器相关联的载荷感测轴的示意性顶视图。具体实施方式机器人通常被构造为在机器人所处的环境中执行各种任务。通常，这些任务包括与对象和/或环境元素进行交互。为了完成这样的任务，一些机器人包括一个或多个带有末端执行器(例如，抓取器)的臂，该末端执行器被控制为与环境中的对象相互作用。例如，可以控制机器人的抓取器末端执行器以拾取对象(例如箱子)并将拾取的对象布置在货盘(pallet)上以进行运输，或者替代地，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种载荷传感器，包括：/n第一板和第二板；/n多个单轴载荷单元，该多个单轴载荷单元包括第一、第二和第三单轴载荷单元，其中，第一、第二和第三单轴载荷单元中的每个都被设置在第一板和第二板之间并沿着第一轴取向；和/n多个约束关节，该多个约束关节被联接到第一板和第二板，该多个约束关节被构造为抑制第一板相对于第二板在垂直于第一轴的方向上的平移并构造为抑制第一板相对于第二板绕第一轴的旋转。/n

【技术特征摘要】
20191217 US 62/949,4061.一种载荷传感器，包括：
第一板和第二板；
多个单轴载荷单元，该多个单轴载荷单元包括第一、第二和第三单轴载荷单元，其中，第一、第二和第三单轴载荷单元中的每个都被设置在第一板和第二板之间并沿着第一轴取向；和
多个约束关节，该多个约束关节被联接到第一板和第二板，该多个约束关节被构造为抑制第一板相对于第二板在垂直于第一轴的方向上的平移并构造为抑制第一板相对于第二板绕第一轴的旋转。


2.根据权利要求1所述的载荷传感器，其中，多个约束关节包括至少一个球形约束部。


3.根据权利要求2所述的载荷传感器，其中，至少一个球形约束部设置在多个单轴载荷单元的质心处。


4.根据权利要求1所述的载荷传感器，其中，多个单轴载荷单元还包括第四单轴载荷单元，其中，第四单轴载荷单元设置在第一板和第二板之间并且沿着第一轴取向。


5.根据权利要求4所述的载荷传感器，其中，多个单轴载荷单元中的每个设置在第一板的拐角处。


6.根据权利要求1所述的载荷传感器，其中，多个单轴载荷单元中的每个设置在第一板的拐角处。


7.根据权利要求1所述的载荷传感器，其中，多个单轴载荷单元被构造为测量沿着第一轴的力。


8.根据权利要求1所述的载荷传感器，还包括：
输出接口，该输出接口被构造为将从多个单轴载荷单元输出的信号提供到处理器，其中，处理器被构造为计算绕第二轴和第三轴的力矩，其中第二轴和第三轴每个都垂直于第一轴，以及其中第二轴垂直于第三轴。


9.根据权利要求1所述的载荷传感器，其中，多个单轴载荷单元中的每个都通过球形约束部而联接到第一板和第二板。


10.根据权利要求1所述的载荷传感器，其中，多个单轴载荷单元中的每个都通过单向约束部联接到第一板和第二板。


11.根据权利要求1所述的载荷传感器，其中，多个单轴载荷单元中的每个被构造为测量沿第一轴的压缩力和拉力。


12.根据权利要求4所述的载荷传感器，其中，多个单轴载荷单元还包括沿着垂直于第一轴的第二轴取向的第五单轴载荷单元。


13.根据权利要求12所述的载荷传感器，还包括沿第二轴和第三轴取向的双轴载荷单元，其中第三轴垂直于第一轴和第二轴二者。


14.根据权利要求13所述的载荷传感器，其中，多个约束关节中的每个与多个单轴载荷单元和/或双轴载荷单元中的至少一个共同定位。


15.一种用于确定施加到机器人的一部分上的一个或多个力/扭矩的方法，该方法包括：
通过多个单轴载荷单元感测施加到机器人的该一部分的力，该多个单轴载荷单元包括沿着第一轴取向并设置在第一板和第二板之间的第一、第二和第三单轴载荷单元，其中第一板和第二板受到设置在第一板和第二板之间的多个约束关节的约束，其中多个约束关节被构造为抑制在第一板和第二板之间在垂直于第一轴的方向上的相对平移并被构造为抑制在第一板和第二板之间绕第一轴的相对旋转；

【专利技术属性】
技术研发人员：JA桑德斯，AH博雷尔，JT吉汀，
申请(专利权)人：波士顿动力公司，
类型：发明
国别省市：美国;US