[发明专利]一种用于力/扭矩传感器温度补偿的方法

说明书

在得出应变计输出之前，机器人力/扭矩传感器上的应变计被单独地温度补偿，以估测传感器上的力和扭矩负载。热传感器被安装靠近每个应变计，并且在已知负载和温度下，获得初始应变计和热传感器输出。力/扭矩传感器随后经历升温，并且再次获得应变计和热传感器输出。这些应变计和热传感器输出被处理，以诸如通过使用最小平方算法而计算对于温度补偿等式的系数。每个应变计输出使用温度补偿等式而被补偿，并且随后组合应变计的温度补偿输出，以得出温度补偿力和扭矩值。

技术领域

本发明总体上涉及用于机器人应用的力/扭矩传感器，并且特别地涉及机器人力/扭矩传感器上的应变计的热补偿。

背景技术

机器人技术是工业、医学、科学和其它应用中不断发展和日渐重要的领域。在其中机器臂或附接到其的工具接触工件的许多情况下，必须密切监测所施加的力和/或扭矩。因此，力/扭矩传感器是许多机器人系统的重要部件。

一种传统类型的力/扭矩传感器使用应变计，以测量连接两个机械部件—一个连接到机器臂，并且另一个连接到机器人工具(或到工具的机械联接)—的小梁的变形。例如，在本领域中称为工具适配器板(TAP)的中心“枢纽”连接到工具。围绕TAP环状地布置并且从TAP间隔开的另一主体连接到机器人臂，所述另一主体在本领域中称为安装适配器板(MAP)。MAP和TAP通过多个相对薄(并且因此可机械变形)的梁连接到彼此，所述梁围绕TAP径向布置—在一些情况下类似于车轮的辐条。分别附接到TAP和MAP的物体之间的相对力或扭矩试图相对于TAP移动MAP，而导致梁中的至少一些的略微变形或弯曲。

粘附到每个梁的一些或所有表面的应变计产生电信号，所述电信号与由梁经历的变形成比例。通过得出应变计输出的大小，并且记录应变计的位置，可量化梁的应变，并且可估测TAP与MAP之间引起的力和扭矩。数个应变计类型、用于使应变计位于梁表面上的各种配置、使应变计相互连接的不同拓扑和校正其输出的不同方法在本领域中是已知的。

机器人力/扭矩传感器中的主要误差来源是由于热漂移而因此导致的不准确性。热漂移来源包括环境温度变化、环境温度梯度和自热。对于硅应变计，由于温度变化而因此导致的输出电压中的变化可为由于所引起的应力而因此导致的输出电压变化的大小的若干倍—与应力传感器相比，装置可被考虑成更好的温度传感器。在半桥拓扑中连接应变计可补偿温度效应(但仅如果应变计是良好匹配的，并且仅如果其被放置成精确地与彼此相对)。此外，除了影响应变计输出之外，机器人力-扭矩传感器中的温度变化可引起由于结构元件的不相等膨胀/压缩而因此导致的机械应力，传感器可将所述机械应力解释成所施加的负载或力。理解和补偿温度误差对于机器人力/扭矩传感器设计和操作是主要挑战。

本文件的背景技术部段被提供，以将本发明的实施例放置在技术性和操作性上下文中，以帮助本领域技术人员理解所述实施例的范围和应用。除非被明确地识别如此，否则本文的陈述不仅仅通过将其包括在背景技术部段中而被承认为现有技术。

发明内容

以下呈现了本公开的简化概括，以便为本领域技术人员提供基本理解。此概括不是本公开的广泛概述，并且不旨在识别本发明的实施例的关键/重要元素或描述本发明的范围。本概括的唯一目的是以简化的形式作为稍后呈现的更详细描述的前奏而呈现本文公开的一些构思。

根据本文描述和要求保护的一个或多个实施例，机器人力/扭矩传感器上的应变计在得出应变计输出之前被单独地温度补偿，以估测传感器上的力和扭矩负载。热传感器靠近每个应变计被安装，并且在已知负载和温度下获得初始应变计和热传感器输出。力/扭矩传感器随后经历升温，并且再次获得应变计和热传感器输出。这些应变计和热传感器输出被处理，以诸如通过使用最小平方算法而对于温度补偿等式计算系数。每个应变计输出使用温度补偿等式而被补偿，并且随后组合应变计的温度补偿输出，以得出温度补偿力和扭矩值。