[发明专利]一种感知牵引力的圆筒六维力传感器

说明书

本发明属于机器人示教领域，并具体公开了一种感知牵引力的圆筒六维力传感器，其包括法兰立柱、圆筒弹性敏感体、电阻应变片和密封件，其中法兰立柱的末端与执行器连接，顶端与机械臂连接；圆筒弹性敏感体套设在法兰立柱的外侧，并与法兰立柱连接，其上部为应力敏感区，下部为外部连接区，应力敏感区用于粘贴电阻应变片，进而测量其受到的六维牵引力；密封件套设在圆筒弹性敏感体的外侧，用于保护圆筒弹性敏感体的同时传递作用于该密封件上的六维牵引力，密封件的顶端与圆筒弹性敏感体的顶端连接。本发明能够将末端执行器的工作负载力通过串联的法兰立柱传导到机械臂，不会对圆筒弹性敏感体产生力的干扰，从而实现了牵引力和末端执行力的解耦测量。

技术领域

本发明属于机器人示教领域，更具体地，涉及一种感知牵引力的圆筒六维力传感器。

背景技术

工业机器人的直接示教需要通过感知操作者作用于工业机器人末端执行器的牵引力来实现。工业机器人的直接示教无需操作者具有机器人技术知识储备，仅需普通工人即可牵引工业机器人末端在较短的时间内完成示教，因此具有较好的应用前景。

然而，尽管众多科研人员开发了各式各样的工业机器人直接示教系统，但工业机器人的直接示教系统并未得到广泛的应用，其一是由于人的活动具有模糊性和非精确性，致使直接示教误差较大，而现有的数据滤波与拟合算法均是针对特定轨迹(如直线、圆弧、矩形等)的滤波及示教再现，难以实现对所有轨迹的精确再现，这使工业机器人直接示教系统难以满足工业现场复杂空间轨迹的精确再现要求；其二是由于安装在手腕的力传感器能够准确获得作用于机器人末端的外力，但无法准确对外力中的接触力与牵引力进行解耦，从而难以在末端负载与被操作对象存在直接接触时直接牵引工业机器人的末端负载进行牵引示教；其三是由于人的活动范围有限，现有的工业机器人直接系统只能对轻载工业机器人进行直接示教，而无法对具备较大运动范围的重载工业机器人进行示教。

在约束空间运动时，如打磨、装配、擦洗玻璃等，机器人与环境之间存在接触力，现有力传感器可实现接触力感知，此时人作用于机器人的牵引力与机器人与环境之间的接触力难以实现同时测量。因为需要同时测量牵引力(牵引力是人施加于力传感器的外壁以对机器人进行示教)和接触力，且牵引力和接触力相互之间不能存在干扰，而现有的力传感器难以实现。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种感知牵引力的圆筒六维力传感器，其中利用法兰立柱的两端分别与机械臂和末端执行器连接，并将圆筒弹性敏感体和密封件设置在法兰立柱的外侧，能够有效实现牵引力和末端执行力的解耦，因而尤其适用于机器人示教的应用场合。

为实现上述目的，本发明提出了一种感知牵引力的圆筒六维力传感器，包括法兰立柱、圆筒弹性敏感体、电阻应变片和密封件，其中：

所述法兰立柱包括相互连接的法兰和立柱，所述法兰上设置有第一通孔，用于与末端执行器连接，所述立柱的顶端设置有第二通孔，用于与机械臂连接；

所述圆筒弹性敏感体套设在所述法兰立柱的外侧，并通过底座与所述法兰立柱的法兰连接，所述圆筒弹性敏感体采用阶梯状圆筒，其上部为应力敏感区，其下部为外部连接区，所述应力敏感区用于粘贴所述电阻应变片，进而测量其受到的六维牵引力，所述外部连接区上设置有航空插头孔，用于接入电源和输出信号；

所述密封件套设在所述圆筒弹性敏感体的外侧，用于保护所述圆筒弹性敏感体的同时传递作用于该密封件上的六维牵引力，所述密封件的顶端与所述圆筒弹性敏感体的顶端连接。

作为进一步优选地，所述应力敏感区包括预设数量的贴片处，每块所述贴片处贴有两个相互垂直的所述电阻应变片。

作为进一步优选地，所述应力敏感区从上到下依次分为应力敏感A区、应力敏感B区和应力敏感C区，其中所述应力敏感A区和应力敏感C区上设置有均匀分布的四个切槽，并且所述应力敏感A区和应力敏感C区上的切槽交错分布。