[实用新型]一种能感知接触力和牵引力的六维力传感器

说明书

技术领域

本实用新型属于传感器领域，更具体地，涉及一种六维力传感器。

背景技术

目前，工业机器人已广泛应用于汽车、电气电子、机械、橡胶化工、食品饮料等行业，主要从事焊接、装配、喷涂、搬运、码垛、上下料、磨削抛光等工作。工业机器人的应用提高了产品质量，降低了企业成本，提高了企业生产效率，减轻了工人劳动量，使工人从简单重复性劳动中解脱出来。然而，现有的工业机器人主要是替代流水生产线上的工人从事一些简单重复性工作，这些工作充分发挥了机器人的精准、力量、速度、环境耐受力等人难以匹及的优势。受限于机器人难以像人一样具有强大的环境感知能力、学习能力、预见能力、自我调节能力、逻辑推理能力等，机器人很难完全替代人从事复杂的工作。然而，受限于人的生理和心理因素，人体在长期高强度作业后易出现疲劳、生理损伤、精力不集中、厌倦、暴躁等生理和心理现象。为了能够将人从高强度作业中解放出来，就需要人机协同工作，以实现优势互补。

为了实现人机协作，需要使机器人感知并理解人的意图，即需要采用传感器协助机器人感知人的意图。在诸多传感器中，力传感器因其对机器人与外界环境接触力的精确感知已成为最重要的机器人传感器之一。将力传感器引入到工业机器人控制系统中，可以使工业机器人具备直接示教、曲面跟踪、精密装配、磨削、去毛刺、擦洗等功能，可以大大拓展工业机器人的应用领域。用于机器人的力传感器分为关节式力传感器、腕式力传感器和手指式力传感器。腕式力传感器被安装于机器人手腕与末端执行器之间，能够获得机器人工作过程中的大部分力信息，由于其具备精度高、可靠性好、使用方便等优点，是工业机器人力控制中的常用力传感器。

现有的腕式力传感器全部仅有一个力敏感单元，可以感知末端执行器与环境或人手之间的相互作用力，实现对环境或人意图的顺从。当机器人末端执行器与环境及人与机器人末端同时存在相互作用力时，现有的腕式力传感器无法实现同时精确感知人作用于机器人末端力的大小和方向及机器人末端执行器与环境之间的相互作用力。

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种能感知接触力和牵引力的六维力传感器，可以解决机器人末端执行器与环境、以及人与机器人末端同时存在相互作用力时，实现机器人末端执行器与环境之间相互作用力和人作用于机器人末端作用力的同时精确感知。

为实现上述目的，按照本实用新型，提供了一种能感知接触力和牵引力的六维力传感器，其特征在于，包括接触力传感器和牵引力传感器，其中，

所述接触力传感器包括第一弹性体、固定法兰、第一固支环和固定外壳，所述第一弹性体包括接触力检测十字交叉梁和受力圆盘，所述接触力检测十字交叉梁包括第一中间支撑轴及周向均匀设置在所述第一中间支撑轴上的四条第一支梁，所述第一中间支撑轴与所述受力圆盘固定连接，所述固定法兰在对应于四条所述第一支梁的位置设置有四个第一卡槽，所述第一固支环在对应于四条所述第一支梁的位置也设置有四个第二卡槽，每条所述第一支梁的一端分别伸入一第一卡槽和一第二卡槽处，所述第一固支环固定连接在所述固定法兰上，所述固定外壳固定连接在所述第一固支环上，并且所述受力圆盘外露于所述固定外壳；

每条所述第一支梁上分别设置有第一检测通孔和第二检测通孔，第一检测通孔和第二检测通孔沿所述第一支梁的纵向设置并且第一检测通孔到第一中间支撑轴的距离小于第二检测通孔到第一中间支撑轴的距离，并且所述第一检测通孔的深度方向与所述第一中间支撑轴的纵向一致，所述第二检测通孔的深度方向与所述第一中间支撑轴的横向一致，所述第一支梁的外壁在对应于所述第一检测通孔和第二检测通孔的位置分别贴附有用于测量接触力的应变片；

所述牵引力传感器包括受力外壳及设置在所述受力外壳内的第二弹性体和第二固支环，所述第二弹性体具有牵引力检测十字交叉梁，所述牵引力检测十字交叉梁包括第二中间支撑轴及周向均匀设置在所述第二中间支撑轴上的四条第二支梁，所述第二中间支撑轴与所述固定法兰固定连接，所述受力外壳的内壁在对应于四条所述第二支梁的位置设置有四个凸台，每条所述第二支梁分别搁置在一所述凸台上，所述第二固支环在对应于四条所述第二支梁的位置设置四个第三卡槽，每条所述第二支梁的一端分别伸入一第三卡槽处，所述第二固支环固定安装在所述受力外壳的内壁上并将每条所述第二支梁均压紧在所述凸台上；