[发明专利]十二维力/加速度机器人腕传感器

说明书

本项发明属于自动控制领域。

当机器人操作臂末端执行器(夹具或手爪)及其夹持物在空间运动时，其速度的大小和方向的变化将产生惯性力作用在机器人腕力传感器上，该惯性力产生的力信号与外部环境对机器人操作臂末端的接触力产生的力信号混合在一起，使一般的机器人腕力传感器很难准确提供与外部环境接触状态的有关全力信息。所以，迫切需要能够同时检测六分量力/力矩和六分量线加速度/角加速度的十二维力/加速度机器人腕力传感器，以区别惯性力和机器人操作臂末端外界接触力对腕传感器产生的不同作用。近年来，十二维力/加速度机器人腕传感器的研究受到了国内外有关科研机构的关注，但由于这种传感器结构复杂，标定困难，目前国际上只有为数不多的科研机构在投资开发研究，国内还没见关于这方面研究的相关报道。十二维力/加速度机器人腕传感器的研究是自动控制领域最具有挑战性的课题之一。

本发明的目的在于提供一种十二维力/加速度机器人腕传感器，可应用到机器人的力控制、汽车与电子工业中的力/加速度的测量和其它需要同时检测六分量力/力矩和六分量线加速度/角加速度的场合。

这种十二维力/加速度机器人腕传感器，包括第一平台1、第二平台4、第三平台6、外弹性支柱3、内弹性支柱9和应变片7、8组成，其特征在于：6个外弹性支柱3通过两端的柔性铰链2分别与第一平台1和第二平台4相连，6个内弹性支柱9通过两端的柔性铰链10分别与第三平台6和第二平台4相连，惯性块5固连于第三平台6上；应变片7、8分别粘贴在外弹性支柱3和内弹性支柱9的相对应的两个侧面上。

上述应变片共组成十二个全桥电路，其中，外弹性支柱3对应六个应变电桥，当作用在第一平台1的力使六个外弹性支柱3产生微应变时，即可获得六路信号，这六路信号经过解耦可实现六分量力/力矩的测量；内弹性支柱9对应六个应变电桥，当惯性块5的惯性力使六个内弹性支柱9产生微应变时，即可获得六路信号，这六路信号经过解耦和牛顿第二定律变换可实现六分量线加速度/角加速度的测量。

附图及实施例

图1为十二维力/加速度机器人腕传感器结构示意图

图2我十二维力/加速度机器人腕传感器机构简图

图1是本发明的一个实施例(见图1)，这种十二维力/加速度机器人腕传感器，其6个外弹性支柱3通过两端的柔性铰链2分别与第一平台1和第二平台4相连，其6个内弹性支柱9通过两端的柔性铰链10分别与第三平台6和第二平台4相连，惯性块5固连于第三平台6上，应变片7、8分别粘贴在外弹性支柱3和内弹性支柱9的相对应的两个侧面上。该十二维力/加速度机器人腕传感器本体采用双并联6-SS结构，其机构简图见图2。为了消除摩擦与间隙，提高传感器灵敏度，减小结构尺寸，在传感器中采用弹性铰链7替代SS运动链中的实际球铰。第一平台1与机器人手/夹具相连，第二平台4与机器人腕相连。上述应变片共组成十二个全桥电路，其中，外弹性支柱3对应六个应变电桥，当作用在第一平台1的力使六个外弹性支柱3产生微应变时，即可获得六路信号，这六路信号经过解耦可实现六分量力/力矩的测量；内弹性支柱9对应六个应变电桥，当惯性块5的惯性力使六个内弹性支柱9产生微应变时，即可获得六路信号，这六路信号经过解耦和牛顿第二定律变换可实现六分量线加速度/角加速度的测量。这种机器人腕传感器可测量作用在机器人手/夹具及其夹持物的接触外力和机器人手/夹具及其夹持物的六分量线加速度/角加速度。

这种新结构的十二维力/加速度机器人腕传感器结构紧凑，易于加工，能同时检测六分量力/力矩和六分量线加速度/角加速度，可应用到机器人的力控制、汽车与电子工业中的力/加速度的测量和其它需要同时检测六分量力/力矩和六分量线加速度/角加速度的场合。