[发明专利]多轴力和力矩传感器及具有该传感器的机器人

说明书

本申请提供了一种多轴力和力矩传感器，以及机器人。该传感器包括第一支撑元件、第二支撑元件、连接在第一支撑元件和第二支撑元件之间的可变形部件以及多个信号对。可变形部件被配置为响应于在多个方向上施加的外力和力矩而偏转。多个信号对中的每个信号对包括磁体和霍尔效应检测器。磁体安装在第一支撑元件和第二支撑元件中的一个上，霍尔效应检测器安装在另一个上。霍尔效应检测器位于对应于相应的磁体的位置。信号对的磁体的一个或多个磁化方向是不同的，使得信号对能够测量在不同方向上施加在第一支撑元件和第二支撑元件上的力和力矩。

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“ROBUST SIX DEGREE OF FREEDOM FORCE AND TORQUE SENSOR WITH OVERLOADPROTECTION”的第62/693,030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。

技术领域

本申请一般涉及传感技术，特别是涉及多轴力和力矩传感器以及具有该多轴力和力矩传感器的机器人。

背景技术

多轴力和力矩传感器广泛应用于机器人操纵、自动化产业以及实验室实验中。现有的解决方案使用基于应变片或基于编码器的设计。应变式传感器易受温度变化和制造质量变化的影响，且制造成本高。基于编码器的传感器具有更强的鲁棒性，但其刚度较低，这会显著影响系统的整体动态，并导致机械带宽较低，不适合高速传感和控制应用。大的结构性挠曲也会导致严重的串扰问题和非线性。

鉴于此，需要一种新型的多轴力和力矩传感器。

发明内容

因此，本申请旨在提供多轴力和力矩传感器以及具有该多轴力和力矩传感器的机器人。

为了解决上述问题，本申请采用的技术方案提供了一种多轴力和力矩传感器。传感器可以包括第一支撑元件、第二支撑元件、连接在第一支撑元件和第二支撑元件之间的可变形部件以及多个信号对。可变形部件被配置为响应于在多个方向上施加的外力和力矩而偏转。多个信号对中的每个信号对包括磁体和霍尔效应检测器。磁体安装在第一支撑元件和第二支撑元件中的一个支撑元件上。霍尔效应检测器安装在第一支撑元件和第二支撑元件中的另一个支撑元件上，并且位于对应于相应的磁体的位置。多个信号对的磁体的磁化方向是不同的，使得该多个信号对能够测量在不同方向上施加在第一支撑元件和第二支撑元件上的力和力矩。

为了解决上述问题，本申请采用的另一技术方案提供了一种多轴力和力矩传感器。该传感器可以包括堆叠在一起的上传感组件和下传感组件。上传感组件包括第一盘、第二盘、连接在第一盘和第二盘之间的第一易曲元件，以及多个第一信号对。该易曲元件被配置为响应于在多个方向上施加的外力和力矩而偏转。多个信号对中的每个信号对包括第一信号发射器和第一信号接收器。第一信号发射器安装在第一盘和第二盘中的一个盘上。第一信号接收器安装在第一盘和第二盘中的另一个盘上，并且位于对应于第一信号发射器的位置。

下传感组件包括第三盘、第四盘、连接在第三盘和第四盘之间的第二易曲元件，以及多个第二信号对。该易曲元件被配置为响应于在多个方向上施加的外力和力矩而偏转。多个第二信号对中的每个第二信号对包括第二信号发射器和第二信号接收器。第二信号发射器安装在第三盘和第四盘中的一个盘上。第二信号接收器安装在第三盘和第四盘中的另一个盘上，并且位于对应于第二信号发射器的位置。第一信号对和第二信号对的布置不同，使得第一信号对和第二信号对被配置为在多个方向上测量施加的外力和力矩。