[发明专利]多自由度力传感器

说明书

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。

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“Three Degrees of Freedom Force Sensor”的权益，其公开内容通过引用整体并入。

技术领域

本发明涉及传感器，特别地涉及多自由度力传感器。

背景技术

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。

发明内容

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。