用于感测力的传感器装置和用于制造传感器装置及其部件的方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于感测力的传感器装置，其包括测量表面和反射光的光学检测。本发明专利技术还涉及相应的制造方法。涉及相应的制造方法。涉及相应的制造方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于感测力的传感器装置和用于制造传感器装置及其部件的方法


[0001]本专利技术涉及一种用于感测力的传感器装置、一种用于制造传感器装置的顶部的方法，以及一种用于制造传感器装置的方法。

技术介绍

[0002]在开发机器人等应用时，感测施加在机器人手或机器人的另一部分(诸如腿或操纵装置)上的力对于增强机器人四处移动和/或操纵物体的能力至关重要。可以在机器人应用中使用以便获得关于所施加的力的反馈的传感器装置的已知实施方式不具有足够的分辨率或者是易损坏的。
[0003]因此，本专利技术的一个目的是提供一种与现有技术不同或优化的用于感测力的传感器装置。进一步的目的是提供用于制造这种传感器装置或其部件的相应方法。
[0004]这些目的是通过独立权利要求的主题实现的。优选实施例可以例如从从属权利要求中导出。权利要求的内容通过明确引用而成为说明书的内容。

技术实现思路

[0005]本专利技术涉及一种用于感测力的传感器装置。所述传感器装置包括基部。它包括顶部，所述顶部包括可弹性变形的壁，所述顶部安装在所述基部上，使得所述顶部和所述基部定义出内部空间。所述壁包括外侧的测量表面和内侧的反射表面，其中所述反射表面部分地限定所述内部空间。
[0006]所述传感器装置包括光源装置，所述光源装置包括多个光源，所述光源安装在所述基部上并被布置成朝向所述反射表面发射光。所述传感器装置包括图像传感器，所述图像传感器包括观测所述反射表面的至少一部分的检测表面。
[0007]利用这种传感器装置，可以通过光学图像识别来感测被施加在所述测量表面上的力。在所述反射表面反射的光在所述图像传感器上产生一个图案，所述图案以非常灵敏的方式取决于被施加在所述测量表面上的力。这种光图案因此可用于执行非常灵敏的力推断。
[0008]特别地，所述光源可以在所述内部空间内产生结构光。
[0009]所述基部通常是限定所述传感器装置的基座的部件。例如，它可以被固定到某些固定装置，尤其是固定到机器人的部件。所述顶部通常是与被施加力在其上或施加力在所述传感器装置上的物体接触的部件。
[0010]如果元件被安装到所述基部，这也可以意味着，它被安装到所述基部的另一个元件，和/或它是所述基部的一部分。这可以例如应用于像光源装置、准直器或图像传感器这样的元件。例如，被安装到所述基部的元件可以被安装到支撑结构，这可以例如提供稳定性并提供与其他元件连接的可能性。
[0011]所述壁通常是与外部的物体接触并在所述物体对其施加力时变形的部件，反之亦
然。所述壁的可能实施方式在下面进一步描述。
[0012]所述内部空间通常完全由所述顶部和所述基部包围和/或限定。所述内部空间可以是中空的内部。然而，它也可以填充有物质。通常，从所述光源装置发射的光在所述内部空间中朝向所述反射表面传播，在所述反射表面处被反射，并且传播到所述图像传感器。
[0013]术语“传感器装置”尤其应理解为包括有具有传感器(特别是用于感测力的传感器)的功能的部件的装置。
[0014]特别地，每个光源可以具有各自的颜色。所述光源装置可以优选地包括具有至少两种或三种不同颜色的光源。这在所述检测表面上产生具有不同颜色的光图案，从而提供更好的评估可能性，因为光可以被识别为源自于一个或至少仅一些所述光源。然而，所述光源也可以使用同样的颜色。
[0015]所述光源和所述检测表面优选地布置成使得由所述光源发射并由所述反射表面反射的光在所述检测表面上产生光图案。此光图案可用于评估目的，尤其是使用神经网络的评估目的。所述光图案已被证明对被施加在所述测量表面上的力非常敏感。这甚至与力的方向和压头的形状有关。因此已经发现，这样的光图案构成了所施加的力的有力指示。
[0016]尤其是，在所述检测表面上的光图案随着所述测量表面的变形而变化。这样的变化可以被评估，以推断出力或力图。
[0017]尤其是，从所述反射表面反射的光在所述检测表面上的颜色分布随着所述检测表面的变形而变化。当所述光源使用不同颜色时，这样的颜色分布特别会改变。所述颜色分布改变已被证明对所施加的力非常敏感。
[0018]根据一个实施方式，所述反射表面是漫反射的。这可能特别意味着，撞击在所述反射表面上的光不像在镜子那样被反射，而是像在至少稍微粗糙的表面那样被反射。所述光可能会随着在所述漫反射表面处的反射而略微衰减。在替代的实施方式中，也可以使用类似镜子的反射表面。
[0019]特别地，所述图像传感器可以安装在所述基部上和/或在所述内部空间中。这是一种简单且可靠的实施方式，其提供了到所述反射表面的短距离。然而，所述图像传感器也可以安装在其他地方。
[0020]一个、一些或所有光源可以具有可调节的颜色。这尤其可以用于在设置过程中设置所述颜色。然而，也可以使用固定的颜色。
[0021]一个、一些或所有光源可以具有可调节的亮度。这尤其可以用于在设置过程中设置所述亮度。然而，也可以使用固定的亮度。
[0022]优选地，所述光源围绕所述图像传感器布置。这可以导致在所述内部空间内的光的优选分布。
[0023]优选地，所述光源被布置成发射光，以在所述检测表面上产生经反射的光的分布，其不产生超过饱和密度的强度。这防止了过饱和，所述过饱和会在推断力时导致错误。例如，为了防止过饱和而调整的参数为光源的亮度、准直器的位置和尺寸、相机曝光时间和镜头。然而，其他参数也可以用于该目的。
[0024]根据优选实施例，所述光源是发光二极管。这种发光二极管是可靠的光源。然而，也可以使用其他的类型。
[0025]优选地，所述传感器装置包括多个准直器，每个准直器被分配给一个光源并优选
地限定所发出的光的相应的辐射角和/或锥体。利用这种准直器，可以非常精确地控制光线朝向所述反射表面的传播。
[0026]一个、一些或所有准直器可以相对于所述被分配的光源偏心定位。这在许多应用中提供了合适的光分布。然而，也可以使用中心定位。
[0027]所述准直器尤其可以体现为在准直器环中的孔。这已被证明是所述准直器的简单实现。所述准直器环可以阻挡除了穿过所述孔的光之外的光。
[0028]所述光源和/或所述准直器可以特别地布置成以光覆盖所述反射表面的至少80％、至少85％、至少90％或100％，或预期的测量区域的至少80％、至少85％、至少90％或100％，或在所述测量表面内的区域或预期的测量表面的至少80％、至少85％、至少90％或100％。因此，这样的表面或区域的大部分可以被使用。所述预期的测量区域尤其可以是一个区域，即所述测量表面的子部分。在所述测量表面内的所述区域可以是在所述壁上与所述测量表面相对的区域。所述预期的测量表面可以是所述测量表面的子部分，其中所述测量表面可以被定义为原则上能够被用于力推断的表面。
[0029]所述光源和/或所述准直器可以布置成使得所述反射表面的至少60％、至少70％、至少80％、至少90％或100％仅直接被从至多4个光源发出的光和/或本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于感测力的传感器装置(10)，其包括基部(100)，顶部(200)，其包括可弹性变形的壁(210)，所述顶部(200)安装在所述基部(100)上，使得所述顶部(200)和所述基部(100)定义出内部空间(12)，所述壁(210)包括外侧的测量表面(220)和内侧的反射表面(230)，其中所述反射表面(230)部分地限定所述内部空间(12)，光源装置(160)，其包括多个光源(164)，所述光源(164)安装在所述基部(100)上并被布置成向所述反射表面(230)发射光，以及图像传感器(130)，其包括检测表面(131)，所述检测表面(131)观测所述反射表面(230)的至少一部分。2.根据权利要求1所述的传感器装置(10)，其特征在于，每个光源(164)具有各自的颜色，以及其中，所述光源装置(160)包括具有至少两种或三种不同颜色的光源(164)。3.根据前述权利要求中的一项所述的传感器装置(10)，其特征在于，所述光源(164)和所述检测表面(131)被布置成使得由所述光源(164)发射并由所述反射表面(230)反射的光在所述检测表面(131)上生成光图案(132)。4.根据前述权利要求中的一项所述的传感器装置(10)，其特征在于，在所述检测表面(131)上的光图案(132)随着所述检测表面(220)的变形而变化。5.根据前述权利要求中的一项所述的传感器装置(10)，其特征在于，从所述反射表面(230)反射的光在所述检测表面(131)上的颜色分布随着所述检测表面(220)的变形而变化。6.根据前述权利要求中的一项所述的传感器装置(10)，其特征在于，所述反射表面(230)是漫反射的。7.根据前述权利要求中的一项所述的传感器装置(10)，其特征在于，所述图像传感器(130)安装在所述基部(100)上及/或在所述内部空间(12)中。8.根据前述权利要求中的一项所述的传感器装置(10)，其特征在于，所述光源(164)围绕所述图像传感器(130)布置。9.根据前述权利要求中的一项所述的传感器装置(10)，其特征在于，所述光源(164)布置成发射光，以在所述检测表面(131)上产生经反射的光的分布，其不产生超过饱和密度的强度。10.根据前述权利要求中的一项所述的传感器装置(10)，其特征在于，所述光源(164)是发光二极管。11.根据前述权利要求中的一项所述的传感器装置(10)，其特征在于，所述传感器装置(10)包括多个准直器(170)，每个准直器(170)被分配给一个光源(164)并限定所发出的光的相应的辐射角和/或锥体。12.根据权利要求11所述的传感器装置(10)，其特征在于，一个、一些或所有准直器(170)相对于所述被分配的光源偏心定位。13.根据权利要求11或12所述的传感器装置(10)，
其特征在于，所述准直器(170)体现为在准直器环(175)中的孔。14.根据前述权利要求中的一项所述的传感器装置(10)，其特征在于，所述光源(164)和/或所述准直器(170)被布置成以光覆盖所述反射表面(230)的至少80％、至少85％、至少90％或100％，或预期的测量区域的至少80％、至少85％、至少90％或100％，或在所述测量表面(220)内的区域或预期的测量表面的至少80％、至少85％、至少90％或100％。15.根据前述权利要求中的一项所述的传感器装置(10)，其特征在于，所述光源(164)和/或所述准直器(170)被布置成使得所述反射表面(230)的至少60％、至少70％、至少80％、至少90％或100％仅直接被从至多4个光源(164)发出的光和/或从至少2个光源(164)发出的光覆盖。16.根据权利要求11
‑
15中的一项所述的传感器装置(10)，其特征在于，所述准直器(170)具有至少0.8mm的准直器孔径。17.根据权利要求11
‑
16中的一项所述的传感器装置(10)，其特征在于，所述准直器(170)具有至多4mm的准直器孔径。18.根据前述权利要求中的一项所述的传感器装置(10)，其特征在于，所述光源(164)在所述基部(100)上呈圆形排列。19.根据前述权利要求中的一项所述的传感器装置(10)，其特征在于，所述检测表面(131)被配置和布置成看到至少70％、至少80％、至少90％或整个所述反射表面(230)20.根据前述权利要求中的一项所述的传感器装置(10)，其特征在于，所述图像传感器(130)是或包括彩色相机传感器，和/或是对颜色敏感的。21.根据前述权利要求中的一项所述的传感器装置(10)，其特征在于，所述图像传感器(130)包括多个像素(P)，每个像素(P)被配置为单独地检测光。22.根据前述权利要求中的一项所述的传感器装置(10)，其特征在于，所述检测表面(131)面向所述反射表面(230)。23.根据前述权利要求中的一项所述的传感器装置(10)，其特征在于，所述检测表面(131)平行于所述基部(100)的内表面。24.根据前述权利要求中的一项所述的传感器装置(10)，其特征在于，所述检测表面(131)被配置为检测光图案(132)和/或图像。25.根据前述权利要求中的一项所述的传感器装置(10)，其特征在于，所述图像传感器(130)被配置为检测具有帧率的光图案(132)和/或图像。26.根据权利要求25所述的传感器装置(10)，其特征在于，所述帧率是至少10fps、至少20fps、至少30fps、至少50fps或至少100fps。27.根据权利要求25或26所述的传感器装置(10)，其特征在于，所述帧率是至多30fps、至多50fps、至多100fps或至多200fps。28.根据前述权利要求中的一项所述的传感器装置(10)，其特征在于，所述图像传感器(130)包括广角镜头(140)或鱼眼镜头，其光学定位在所述反射表面(230)和所述检测表面(131)之间。
29.根据前述权利要求中的一项所述的传感器装置(10)，其特征在于，所述内部空间(12)是中空的空间。30.根据前述权利要求中的一项所述的传感器装置(10)，其特征在于，所述光源(164)和/或所述准直器(170)被配置为在相应的锥体(166)中发光。31.根据权利要求30所述的传感器装置(10)，其特征在于，一个、一些或所有锥体(166)具有相对于公共轴线和/或相对于垂直于所述基部(100)的轴线向外倾斜超过0
°
的锥体轴线(167)。32.根据权利要求30或31所述的传感器装置(10)，其特征在于，一个、一些或所有锥体(166)具有相对于公共轴线和/或相对于垂直于所述基部(100)的轴线向外倾斜至多10
°
的锥体轴线(167)。33.根据权利要求30
‑
32中的一项所述的传感器装置(10)，其特征在于，一个、一些或所有锥体(166)具有至少35
°
和/或至多80
°
的外锥角(168)。34.根据权利要求30
‑
33中的一项所述的传感器装置(10)，其特征在于，所述锥体(166)在垂直于公共轴线的平面中部分重叠，其中所述重叠取决于所述平面和所述基部(100)之间的距离。35.根据前述权利要求中的一项所述的传感器装置(10)，其特征在于，所述反射表面(230)被图案和/或多个可追踪物体覆盖。36.根据权利要求1
‑
34中的一项所述的传感器装置(10)，其特征在于，所述反射表面(230)为光滑表面。37.根据前述权利要求中的一项所述的传感器装置(10)，其特征在于，所述传感器装置(10)包括公共轴线，以及其中，所述顶部(200)围绕所述公共轴线呈完全圆形。38.根据权利要求1
‑
36中的一项所述的传感器装置(10)，其特征在于，所述传感器装置(10)包括公共轴线，以及其中，所述顶部(200)围绕所述公共轴线呈部分圆形。39.根据权利要求37或38所述的传感器装置(10)，其特征在于，所述检测表面(131)垂直于所述公共轴线。40.根据权利要求37
‑
39中的一项所述的传感器装置(10)，其特征在于，所述光源(164)布置成发射平行于所述公共轴线的光。41.根据前述权利要求中的一项所述的传感器装置(10)，其特征在于，所述反射表面(230)的不同部分被具有不同颜色的所述光源(164)从不同方向照射。42.根据前述权利要求中的一项所述的传感器装置(10)，其特征在于，所述顶部(200)呈锥形，其具有随着离所述基部(100)的距离增加而减小的外径。43.根据前述权利要求中的一项所述的传感器装置(10)，其特征在于，所述壁(210)被配置成将变形从所述测量表面(220)传递到所述反射表面(230)。
44.根据前述权利要求中的一项所述的传感器装置(10)，其特征在于，所述顶部(200)可拆卸地安装在所述基部(100)上。45.根据前述权利要求中的一项所述的传感器装置(10)，其特征在于，所述顶部(200)通过卡口安装和/或螺钉连接，和/或通过成对的舌片和相应的凹口，可拆卸地安装到所述基部(100)。46.根据前述权利要求中的一项所述的传感器装置(10)，其特征在于，所述顶部(200)仅包括所述壁(210)。47.根据权利要求1
‑
45中的一项所述的传感器装置(10)，其特征在于，所述顶部(200)包括位于所述壁(210)内的骨架(240)。48.根据权利要求47所述的传感器装置(10)，其特征在于，所述骨架(240)是呈网格状。49.根据权利要求47或48所述的传感器装置(10)，其特征在于，所述骨架(240)是由钢、不锈钢或铝制成。50.根据权利要求47
‑
49中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：焕波，
申请(专利权)人：马克斯，
类型：发明
国别省市：