[发明专利]用于工业机器人的多DOF传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于工业机器人的多DOF传感器，该机器人具有至少两个DOF，该多DOF传感器被布置用于感测至少一个力DOF。

DOF是自由度的缩写。

背景技术

工业机器人通常需要对机器人的节点中出现的力和力矩进行控制。这样的控制包括测量需要传感器的力和力矩。由于待测量的力通常位于与传感器相距一段距离处，所以通常根据来自传感器的力矩和力测量信号来计算这些力。这意味着传感器通常需要比待测量DOF的数目更多的DOF。在特定应用中将需要多少DOF依赖于需要测量多少DOF和传感器的放置。关于机器人的DOF数目也将有约束。在一般情况下，当使用六个DOF的机器人时，使用能够感测三个力DOF和三个力矩DOF的六个DOF的传感器。

因此，已经出于这一目的开发了各种多DOF传感器。可以例如在以下公开文献中发现关于这样的传感器的例子。

EP 1218652688公开了一种具有多轴力感测功能的力传感器芯片。该力传感器芯片包括基部构件，该构件具有：操作部分，其具有外力施加区；支撑部分，用于支撑操作部分；连接部分，用于连接操作部分和支撑部分；以及抗应变元件，设置于连接部分中或者设置于连接部分与操作部分之间的边界内。

EP 1327870公开了用于检测机器人的力的六轴力传感器，其中多个连接部分具有由形成于前表面和后表面之一上的有源层构成的多个抗应变器件。

EP 1653208公开了一种例如用于机器人的多轴力传感器芯片，其具有在连接部分的变形区上提供的抗应变器件和在作用部分的非变形区上提供的温度补偿器件。

JP 04134231公开了一种半导体三轴力传感器，该传感器具有形成扩散应变计的单晶硅板，并且通过单独隔膜检测X、Y轴的矩量。

JP 04249728公开了一种具有配重物(counter-weight)装配轴的半导体三轴力传感器。力传感器的检测臂在穿过隔膜的方向上延伸。配重物固定到装配轴的一端。配重物被布置成不大于力传感器的外径。

JP 2001264198公开了一种多轴力传感器单元(cell)，其具有与掺杂有N型杂质的P型扩散区一起形成的弹性梁。

JP 1223626公开了一种传感器，其中中心和外围支撑本体以及连接tama的梁构成为具有共同半导体材料的一个本体，并且半导体计量电阻埋置于该梁的支撑本体的侧面上。

US 5526700公开了一种用于测量沿着正交轴(x、y和z)在两个本体之间的位移的六分量测力计，该测力计包括半导体衬底，该半导体衬底在它的表面上载有由附着到两个本体上的结构支撑的多个压电电阻器，该结构将力和矩量变换成在衬底表面的平面中所施加的变形分量，由此实现使用IC制造技术来经济地大量制作传感器。

WO 2000023778公开了一种用于使用由微加工硅制成的廉价检测单元来检测移动元件的位置检测器，该检测器包括：微加工单片芯片，具有固定部分和受到移位的活动部分、根据活动部分的移位受到变形的臂；电装置，用于测量变形；在移动元件与单片芯片的活动部分之间的耦合装置，能够根据活动移位来移动活动部分。

WO 8808521公开了一种使用电阻器的力和距量检测器，并且其在半导体衬底上具有形成如下桥电路的元件，在该桥电路两端的电压被读取以确定3d力。

WO 9000735公开了一种在单个整体单元中的多维力传感器。该传感器具有柔性梁和作用于传感器上的响应元件，这些元件给出与独立的力的量成比例的电输出。

用于工业机器人的许多现有技术的多DOF传感器制造成本高并且对扰动敏感。将传感器的成本保持于合理水平至关重要。在工业机器人中的多DOF高度地可靠和准确也是必要的。

本发明的目的因此在于满足这一需求，并且因此解决这一问题以提供廉价和可靠多DOF。

发明内容

本发明的目的得以实现是因为一种开篇说明的多DOF传感器包括如下具体特征：它由多个单DOF传感器构成，每个单DOF传感器具有与第一本体的表面连接的第一端面和与第二本体上的表面连接的第二端面。

单DOF传感器如今获取成本很低。这样的传感器也是鲁棒和可靠的。其产生了清楚地表示施加至传感器的力的输出信号。以在机械上定义良好的关系组合这样的传感器获得如下多DOF传感器，该传感器维持部件单DOF传感器的准确度和鲁棒性。可以用各种最佳方式组合单DOF传感器以用于获得各种布局并且允许关于力感测和力矩感测的各种组合。多DOF传感器因此解决上述问题并且满足对应用于工业机器人中的需求。