[发明专利]一种球形空间正交梁式六维力传感器及机器人关节

说明书

本发明公开了一种球形空间正交梁式六维力传感器及机器人关节，它解决了现有技术中灵敏度低、维间有耦合、体积较大、非线性度大的问题，具有无耦合、结构紧凑、体积小、稳定性好、精度高的效果；其技术方案为：包括空间正交梁、输出连接件，所述空间正交梁通过滑套置于上球壳与下球壳形成的支撑外壳内部；所述输出连接件穿过上球壳与空间正交梁相连；其中，空间正交梁包括梁支撑体和与所述梁支撑体相连的六个梁臂，任意两个梁臂的中心线正交或共线；所述梁臂侧面贴附有用于测量力和力矩的应变片组，应变片组将其变化阻值输送至调理电路；梁臂端部与滑套间隙配合，当空间正交梁变形时，梁臂能够沿滑套轴向小位移平移。

技术领域

本发明涉及智能机器人领域，尤其涉及一种球形空间正交梁式六维力传感器及机器人关节。

背景技术

随着工业智能机器人技术的快速发展，人们对于机器人的顺应性和智能性提出了更高的要求。其中机器人关节用六维力传感器，能够提高机器人关节的力感知能力，为实现机器人的柔顺性控制以及自主运动控制等提供数据支撑，在高端机器人技术领域具有广阔的发展前景。

自上世纪70年代开始，机器人六维力传感器就成为国内外的研究热点。目前六维力传感器主要有电阻应变式、电感式、电容式、压电式和光电式等，其中应用最广泛的是应变式六维力传感器，其具有体积小、重量轻、灵敏度高、强度高、寿命长等优点。应变片式六维力传感器在外力作用下，弹性体发生变形，粘贴在弹性体上的应变片产生应变使得电阻值发生变化，经过电桥将电阻值的变化转换成电压或电流输出。

在应变式六维力传感器中，弹性体的结构对于整个传感器信号输出有很大的影响。合理的弹性体结构对于解耦和测力有很大的帮助。六维力传感器的弹性体通常分为直接输出型(无耦合型)和间接输出型(耦合型)。无耦合输出型六维力传感器是根据力的方向和大小设置六个无耦合作用的弹性体，分别用于测量单个方向的力或力矩，由应变桥或根据结构常数通过简单计算输出力的六个分量，测量速度快，但由于其体积较大，很难应用于机器人关节中，且受加工精度和装配精度的影响，其测量精度较低；耦合输出型六维力传感器应变桥的每一路输出信号与均与每个力分量相关，其典型结构有梁式、辐轮式、八角环式等，其测量精度较高，但由于此类传感器必须要进行解耦才能得到所需信号，因此要求传感器具备更快的信号处理速度，而且信号输出精度也受传感器结构的影响。

目前六维力传感器技术仍然有很大的发展空间，其中如何设计一种无耦合、结构紧凑、体积小、稳定性好、精度高的六维力传感器是传感器领域亟待解决的问题。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种球形空间正交梁式六维力传感器及，其具有无耦合、结构紧凑、体积小、稳定性好、精度高的效果。

一种球形空间正交梁式六维力传感器，包括：

空间正交梁，所述空间正交梁通过滑套置于上球壳与下球壳形成的支撑外壳内部；

输出连接件，所述输出连接件穿过上球壳与空间正交梁相连；

其中，空间正交梁包括梁支撑体和与所述梁支撑体相连的六个梁臂，任意两个梁臂的中心线正交或共线；所述梁臂侧面贴附有用于测量力和力矩的应变片组，应变片组将其变化阻值输送至调理电路；梁臂端部与滑套间隙配合，当空间正交梁变形时，梁臂能够沿滑套轴向小位移平移。

进一步的，所述梁臂包括连接为一体的应变梁、柔性节和导轴，所述应变梁具有四个应变片安装面，所述导轴与滑套间隙配合。

进一步的，所述上球壳中心开设有与滑套过盈配合的上滑套安装孔，所述上滑套安装孔周向均匀设置有多个用于输出连接件穿入的置入孔。

进一步的，所述上球壳周向均匀设有四个上半圆柱孔，每一上半圆柱孔一侧设有螺钉安装孔。

进一步的，所述下球壳中心开设有与滑套过盈配合的下滑套安装孔，所述下滑套安装孔周向设有若干电连接件安装孔。