CN106415227A - 检测关节臂机器人的关节上或关节中所产生转矩的转矩传感器和方法 - Google Patents

检测关节臂机器人的关节上或关节中所产生转矩的转矩传感器和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106415227A
CN106415227A CN201580029343.3A CN201580029343A CN106415227A CN 106415227 A CN106415227 A CN 106415227A CN 201580029343 A CN201580029343 A CN 201580029343A CN 106415227 A CN106415227 A CN 106415227A
Authority
CN
China
Prior art keywords
bridge
spoke
measurement
deformeter
torque sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201580029343.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106415227B (zh
Inventor
赫尔诺特·尼茨
迪特玛尔·恰尼特
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KUKA Deutschland GmbH
Original Assignee
KUKA Roboter GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by KUKA Roboter GmbH filed Critical KUKA Roboter GmbH
Publication of CN106415227A publication Critical patent/CN106415227A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106415227B publication Critical patent/CN106415227B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
    • G01L3/10—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
    • G01L3/108—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving resistance strain gauges
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J13/00—Controls for manipulators
    • B25J13/08—Controls for manipulators by means of sensing devices, e.g. viewing or touching devices
    • B25J13/085—Force or torque sensors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/16—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/22—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/22—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers
    • G01L5/226—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers to manipulators, e.g. the force due to gripping
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/39—Robotics, robotics to robotics hand
    • G05B2219/39529—Force, torque sensor in wrist, end effector

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Abstract

本发明涉及一种转矩传感器(10)，特别是用于检测在关节臂机器人的关节上或关节中产生的转矩。该传感器具有：多个测量轮辐(1，2，3，4)，所述测量轮辐被设计为，在转矩的作用下发生变形；以及多个应变仪(DR11，DR12，DR21，DR22，DR31，DR32，DR41，DR42)，其中，每两个应变仪设置在多个测量轮辐(1，2，3，4)的两个相对置的侧面上。在此，多个应变仪被分别错接在至少两个电桥电路的其中一个电桥电路中。

Description

检测关节臂机器人的关节上或关节中所产生转矩的转矩传感 器和方法
技术领域
本发明涉及一种用于对转矩、特别是在关节臂机器人的关节上或关节中所产生的转矩进行检测的传感器，以及一种相应的方法和一种装配有这种传感器的机器人。
背景技术
根据所安排的应用领域，机器人、例如能够应用于不同工业领域的关节臂机器人，具有多个可通过关节运动的节肢，这些节肢能够被不同地设置。这种机器人的一个重要组件是用于检测可运动节肢的转矩的转矩传感器。大多数情况下，这种转矩传感器被安装在机器人的所有可运动的节肢中或之上。
由现有技术可知各种用于检测转矩的系统。例如专利文献WO2009083111描述了一种用于转矩检测的系统，该系统使用应变仪。应变仪被错接在两个惠斯通电桥(惠斯通测量电桥或电桥电路)中，以进行分析。每两个应变仪的电阻分别设置在与可运动节肢相连接的构件的两个不同的位置上，并分别错接为一半桥。每两个半桥构成一电桥电路。另一电桥电路由另外两个应变仪的电阻构成，这两个电阻设置在构件的另外两个不同的位置上。通过应变仪的这种冗余设计来检测两个转矩值。为了确保功能性，比较装置将从两个电桥电路中输出的相同力矩的信号进行比较，并且当这两个信号的差超过一定的公差范围时，关闭机器人。
但是，由现有技术已知的用于检测转矩的系统和方法的缺点在于：应变仪的变形独立于转矩负载，这种转矩负载例如可能会因为横向力、轴向力和弯矩对应变仪的压紧而产生，从而尽管不存在错误，但却会产生不同的信号。这些不同的信号致使测量不准确，并且当偏差超过一定的边界值时，会在毫无理由的情况下导致机器人被紧急关闭。
发明内容
因此，本发明的目的在于提出一种传感器和一种相应的方法，通过它们能够避免前述的缺点，并可能会因此对转矩实现更准确和更不易发生错误的检测。本发明的另一目的在于提出一种相应改进的机器人。
根据本发明的目的通过根据权利要求1的系统、根据权利要求10的用于检测转矩的方法和根据权利要求11的机器人来实现。
根据本发明的转矩传感器特别是用于检测在关节臂机器人的关节上或关节中产生的转矩，其具有多个测量轮辐，这些测量轮辐被设计为在转矩的影响下发生变形。
在专利文献DE 3605964A中对这种类型的转矩传感器有所说明，其例如包括具有外环、内环或者说轮毂的轮辐轮和多个将外环与轮毂相连接的弯曲弹性轮辐(测量轮辐)。在转矩加载的情况下，测量轮辐在一侧被拉伸，而在同一测量轮辐的相对置的一侧被压缩。转矩传感器例如可以如专利文献DE3605964A所述地由中间轮毂部件和外部边缘组成，它们借助于四个错开90°的测量轮辐彼此连接(也就是说，测量轮辐以相同的角度围绕轮毂设置)。但是例如也可以使用更多或更少的测量轮辐。
根据本发明，转矩传感器具有多个应变仪。
每两个应变仪设置在测量轮辐的两个相对置的侧面上，使得测量轮辐在转矩的作用下在一侧被拉伸，而在相对置的一侧被压缩。
在应变仪的帮助下，可以通过测量轮辐的形状变化来确定转矩。有利的是，即使在拉伸或压紧很小的情况下，应变仪也已经改变了其电阻值。应变仪例如可以粘合在测量轮辐上，以便由此能与测量轮辐一起变形。应变仪例如由电阻丝的波纹形结构组成。这种结构也可以由半导体组成，从而使得该结构的体积变化会致使在应变仪的特定电阻中发生变化。
根据本发明，多个这样的应变仪分别错接在至少两个电桥电路的其中一个中。优选这些电桥电路被设计为惠斯通电桥电路，其包括两个并联的分压器，以便由每一个分压器构成一个半桥。分压器分别由两个串联设置的电阻构成。电桥电路的输出信号被称为电桥电压。该电桥电压是在电桥电路中的两个分压器之间测量得到的电压差。由于用于测量电桥电压的测量点各自位于两个分压器中的两个电阻之间，因此该电桥电压经常也被称为横向电压。理想状态下，抽头(Abgriff)刚好各自位于分压器中的两个电阻之间。当所有电阻具有例如相同的值时，电桥是平衡的。这意味着，两个分压器之间的电压差为0V。如果各个分压器中的电阻变化不同，则电桥是不平衡的，并且可以测量电桥电压。
应变仪构成电桥电路中的可变电阻。电桥电路的邻近应变仪的电阻变化以相反的方式影响电桥电压。相应地，相对置的应变仪的电阻变化则以相同的方式影响电桥电压。
根据本发明，在所述至少两个电桥电路的任一个中，在各个不同的测量轮辐上设置有至少三个应变仪。优选电桥电路是全桥。出于可靠性原因，转矩测量将借助两个电桥电路来进行。因此，每个电桥电路均提供一个信号，通过该信号可以确定即时的转矩。当两个信号相同时，就可以排除在测量系统中有错误。
在本发明的框架下会令人惊奇地发现：当设置在一测量轮辐上的应变仪被错接在不同的电桥电路中时，能够特别可靠地来确定转矩。因此，由变形引起的干扰将有利地通过电桥电路中的不同的应变仪来补偿，在此，至少有一个被压缩，并且至少有另一个被拉伸。由此将使得在测量电压中的干扰影响消失。因此根据本发明，至少两个电桥电路中的每一个均具有至少三个应变仪，这些应变仪被设置在转矩传感器的不同的测量轮辐上。因此，对电桥电压的比较可以在较小的公差范围内进行。
在一种优选的实施方式中，至少两个电桥电路中的每一个均具有一电桥电压，并且通过对两个电桥电路的电桥电压的交叉比较形成一可靠信号。该可靠信号表示：分别彼此独立地提供转矩信号的两个电桥电路在无错误地工作。这种交叉比较是由对两个电桥电压的直接比较形成的。这能够有利地实现对两个冗余信号的功能的有效控制，从而能够在信号有偏差的情况下通过所规定的误差来确定错误。在实践中，这种比较例如可以通过两个信号的差值形成来实现。替代地，当一电桥电路被调整为提供正电压，而另一电桥被调整为提供负电压时，这种比较也可以通过两个信号相加来实现。通常情况下，这种比较的结果应当是0V。
在一种优选的实施方式中，被错接在各个电桥电路中的所有四个应变仪均被设置在转矩传感器的不同的轮辐上。由此，因为每个测量轮辐上的应变仪均被错接在各个电桥电路中，因此测量轮辐的变形可以与转矩负载无关地如前所述的那样通过例如测量轮辐的压缩以及施加在内部测量轮毂上的横向力、轴向力或弯矩来补偿。
在另一种优选的实施方式中，将位于相邻测量轮辐上的两个应变仪错接在第一半桥中，并且将位于另外的相邻测量轮辐上的两个应变仪错接在第二半桥中。
由此可以确保：在所有四个测量轮辐上分别存在一个应变仪。这样的分布能够有利地实现：各个电桥电路中的所有四个应变仪均能够设置在转矩传感器的不同的测量轮辐上。
在一种实施方式中，位于相对置的测量轮辐上的两个应变仪分别被错接为一半桥，并且位于另外的相对置的测量轮辐上的两个应变仪分别被错接为第二半桥。替代前述实施方式地，这种实施方式还能够确保：四个应变仪在各个电桥电路中被均匀地分布在转矩传感器的不同轮辐上。
在另一种实施方式中，相邻的测量轮辐上的两个应变仪错接在第一半桥中，在另外相邻的测量轮辐上的两个应变仪错接在第二半桥中，在此，第一半桥的一个应变仪和第二半桥的一个应变仪设置在同一测量轮辐上，另外两个应变仪设置在不同的测量轮辐上。
转矩传感器通常优选包括：具有外环、内环或轮毂的轮辐轮，和多个将外环和轮毂连接起来的、弯曲弹性的测量轮辐。外环和内环可以各自具有适宜的几何形状，例如两个均可以是圆形的或正方形的。优选转矩传感器具有恰好三个或恰好四个测量轮辐，这些测量轮辐以相同的角度围绕内环或者说轮毂设置，即，当有四个轮辐时各自错开90°，当有三个轮辐时各自错开120°。
根据本发明的利用转矩传感器来检测转矩、特别是检测在关节臂机器人的关节上或关节中产生的转矩的方法，具有以下步骤：
首先，如前所述地借助于位于转矩传感器的多个测量轮辐上的应变仪来测量转矩，并且在此，在多个测量轮辐中的其中一个的相对置的侧面上分别设置两个应变仪。
随后，借助于至少两个电桥电路对应变仪所提供的信号进行分析，在此，将至少三个应变仪错接在至少两个电桥电路的每一个中，这些应变仪被设置在不同的测量轮辐上。
此外，本发明还涉及一种具有至少一个机器人臂的关节臂机器人，该机器人臂可通过关节运动地设置在机器人的另一构件上，并使用前述的转矩传感器，以便能够实现特别可靠、准确的运行。在此，根据本发明设计的转矩传感器以已知的方式设置在关节上或关节中。
附图说明
下面借助于在附图中示出的示例性实施方式，对根据本发明的用于检测转矩、特别是从关节臂机器人的关节上和关节中产生的转矩的传感器以及相应的方法和配设有这种传感器的机器人进行示例性的详细说明。其中：
图1a以示意图示出了根据第一种实施方式的测量轮辐与设置在其上的应变仪，
图1b、图1c示出了根据在图1a中示出的第一种实施方式的在两个电桥电路中的应变仪的电阻的错接，
图2a以示意图示出了根据第二种实施方式的测量轮辐与设置在其上的应变仪，
图2b、图2c示出了根据在图2a中示出的第二种实施方式的在两个电桥电路中的应变仪的电阻的错接，
图3a以示意图示出了根据第三种实施方式的测量轮辐与设置在其上的应变仪，以及
图3b、图3c示出了根据在图3a中示出的第三种实施方式的在两个电桥电路中的应变仪的电阻的错接，
具体实施方式
图1a、图2a、图3a分别以示意图示出了四个轮辐(测量轮辐)1、2、3、4与设置在其上的应变仪DR11、DR12、DR21、DR22、DR31、DR32、DR41、DR42，在此，应变仪被错接为两个电桥电路。测量轮辐构成转矩传感器10的一部分，该转矩传感器在所示出的实施方式中包括外环11和内环或者说轮毂(测量轮毂)12，它们通过测量轮辐相连接。转矩传感器10的空间设计在图中仅通过虚线纯粹示意性地示出，因为其正确的设计方案对于本发明而言是无关紧要的。此外，这种转矩传感器的基础结构对本领域技术人员而言是常见的，例如在开始部分所提到的专利文献DE3605964A1中所描述的那样，因此在此不做详细说明。此外，在附图中还示出了用于确定各个电桥电路中的电桥电压的测量设备A、B。在所示出的实施方式中，一个电桥电路被调整为提供正电压，并且另一个电桥电路被调整为提供负电压，因此在通常情况下，两个电桥压力的比较结果为0V。替代地，两个电桥电路在此也可以均提供正电压或均提供负电压。
在图1a、图2a、图3a示出的实施方式中，设有四个测量轮辐1、2、3、4。在这些实施方式中，测量轮辐分别错开约90°，也就是说以相同的角度围绕轮毂12设置。在运行中，测量轮辐1、2、3、4由于外部的应力(例如转矩)的作用而发生弹性变形。在图1a、图2a、图3a示出的实施方式中，在测量轮辐中也可以分别设有开口，这些开口用于建立变形区。
应力例如可以经由外环11导入，在此，轮毂12是固定的或者相反。根据发生作用的负载，测量轮辐发生不同强度的变形。在这些实施例中使用了应变仪DR11、DR12、DR21、DR22、DR31、DR32、DR41、DR42。这些应变仪例如通过粘接被固定在测量轮辐上，使得应变仪DR11、DR12、DR21、DR22、DR31、DR32、DR41、DR42类似于/随同测量轮辐1、2、3、4地变形。应变仪将这种变形显示为其电阻R11、R12、R21、R22、R31、R32、R41、R42的变化。应变仪通常由电阻丝组成，电阻丝位于纤细的例如由合成材料构成的承载元件上。额定电阻，也就是应变仪在无负载情况下的电阻，通常在100Ω和1000Ω之间。
在所示出的实施方式中，每两个应变仪被安装在一个测量轮辐的相对置的侧面上。例如在测量轮辐1的一侧设有应变仪DR12，而在该测量轮辐的相对置的一侧设有应变仪DR11。因此，在有转矩的情况下，位于一测量轮辐侧上的应变仪将被拉伸，而在相对置的测量轮辐侧上的应变仪被压缩。相反的压缩/拉伸也将导致各个电阻值的相反变化。为了更好地理解，在附图中，在压缩/拉伸过程中的电阻变化在测量电压上的影响在各个电路中以+/-示出。
在如图1a所示的第一种实施方式中，相邻的测量轮辐1、2上的应变仪DR11、DR22被错接在第一半桥中，而相邻的测量轮辐1、4上的应变仪DR12、DR41被错接在第二半桥中，在此，第一半桥的应变仪DR11和第二半桥的应变仪DR12设置在同一测量轮辐1上，而另两个应变仪DR22、DR41则设置在彼此不同的测量轮辐2、4上。
在图1b和图1c中示出了在根据图1a所示的第一种实施方式的电桥电路中的应变仪的电阻的错接。
在图1b中示出了第一电桥电路，该第一电桥电路提供电桥电压UA用于电桥电压UA、UB的交叉比较。如图1a所述，针对该电桥电路设置有三个分别位于不同测量轮辐上的应变仪。如在示例中示出的，DR12和DR11设置在测量轮辐1的相对置的侧面上，DR41设置在测量轮辐4上，而DR22设置在测量轮辐2上。一个半桥由测量轮辐1上的DR11与测量轮辐2上的DR22构成，在此，DR22设置在测量轮辐2的与测量轮辐1的设有DR11的侧面相对置的一侧。换句话说，DR11和DR22设置在相邻的测量轮辐上，亦即设置在相邻的测量轮辐的相对置的侧面上。类似的还有DR12和DR41。
图1c示出了第二电桥电路的错接，该第二电桥电路提供第二电桥电压UB用于与第一电桥电路的电桥电压UA进行交叉比较。该电桥电路的错接了私语如图1b所示的第一电桥电路。
如同在图1a中所示出的那样，在第二电桥电路中也有三个应变仪分别设置在不同的测量轮辐上。在此，DR32和DR31设置在测量轮辐3上，DR42设置在测量轮辐4上，而DR21设置在测量轮辐2上。一个半桥由测量轮辐3上的DR32与测量轮辐2上的DR21的电阻构成，在此，测量轮辐2上的DR21设置在与测量轮辐3的DR32相对置的测量轮辐侧上。第二半桥由测量轮辐3上的DR31和测量轮辐4上的DR42的电阻构成。
图2a以示意图示出了根据第二种实施方式的测量轮辐与设置在其上的、用于确定电桥电压的应变仪和测量设备。在该第二种实施方式中，位于相对置的测量轮辐1和3上的两个应变仪DR11、DR32被错接为一个半桥，在另外两个相对置的测量轮辐2和4上的两个应变仪DR22、DR41被错接为第二半桥。
在图2b中示出了第一电桥电路，该第一电桥电路提供电桥电压UA用于电桥电压UA、UB的交叉比较。如图2b所示，在第一电桥电路中有四个应变仪分别设置在不同的测量轮辐上。在该示出的实施方式中，DR11设置在测量轮辐1上，DR32设置在测量轮辐3上，而DR22设置在测量轮辐2上，并且DR41设置在测量轮辐4上。
一个半桥由测量轮辐1上的DR11与相对置的测量轮辐2上的DR32的电阻构成。第二半桥由测量轮辐2上的DR22和测量轮辐4上的DR41构成。
图2c示出了第二电桥电路的错接，该第二电桥电路提供第二电桥电压UB用于与第一电桥电路的电桥电压UA进行交叉比较。这种电桥电路的错接类似于如图2b所示的第一电桥电路。
正如在图2a中所示出的那样，DR21设置在测量轮辐2上，DR42设置在测量轮辐4上，DR12设置在测量轮辐1上，而DR31设置在测量轮辐3上。
在如图2所示的实施方式中，每个电桥电路中的全部四个应变仪均被设置在转矩传感器10的不同的轮辐1、2、3、4上，这样做的优点在于：测量轮辐的变形与转矩负载无关，并如前所述地通过例如测量轮辐的压缩以及通过施加在转矩传感器10的内部测量轮毂12上的横向力、轴向力或弯矩被最大程度地补偿，因为每个测量轮辐上的应变仪均被错接在两个电桥电路中。在随后进行的对两个电桥电压的交叉比较中，可以确定“更准确”和“更可靠”的测量值。错误公差也可以被选择得更窄，以便能够识别出所存在的“更真实”的错误。
在图3中以示意图示出了根据第三种实施方式的测量轮辐1、2、3、4与设置在其上的、用于确定电桥电压的应变仪和测量设备。该实施方式是如图2所示的实施方式的替代方案，其中，在至少两个电桥电路的每一个中，也有四个应变仪被分别设置在转矩传感器10的不同的测量轮辐上。
如图3a所示，相邻的测量轮辐1、2上的两个应变仪DR11、DR22被错接在第一半桥中，而位于另外相邻的测量轮辐3、4上的每两个应变仪DR32、DR41的电阻被错接在第二半桥中。
在图3b中示出了第一电桥电路，该第一电桥电路提供电桥电压UA用于电桥电压UA、UB的交叉比较。如图3b所示，在第一电桥电路中有四个应变仪被分别设置在不同的测量轮辐上。在该示出的实施方式中，DR11设置在测量轮辐1上，DR22设置在测量轮辐2上，DR32设置在测量轮辐3上，而DR41设置在测量轮辐4上。
测量轮辐1上的DR11与测量轮辐2上的DR32的电阻构成一个半桥，在此，测量轮辐1上的DR11设置在测量轮辐2上的DR22相对置的测量轮辐侧上。换句话说，DR11在测量轮辐1上设置在测量轮辐1的与DR22的一侧相对置的一侧。第二半桥由测量轮辐3上的DR32和测量轮辐4上的DR41的电阻构成。
图3c示出了第二电桥电路的错接，该第二电桥电路提供第二电桥电压UB用于与第一电桥电路的电桥电压UA进行交叉比较。该电桥电路的错接类似于如图3b所示的第一电桥电路。
如同在图3a中示出的那样，DR12设置在测量轮辐1上，DR21设置测量轮辐2上，DR31设置在测量轮辐3上，而DR42设置在测量轮辐4上。
测量轮辐1上的DR12与测量轮辐2上的DR21的电阻构成第二电桥电路的一个半桥，在此，测量轮辐1上的DR12设置在测量轮辐2上的DR21相对置的测量轮辐侧上。第二半桥由与DR12相对置的测量轮辐3上的DR31和测量轮辐4上的DR42的电阻构成，在此，DR31位于DR42的相对置的测量轮辐侧上。
在图2和图3中示出的电路的区别基本上仅在于应变仪在电桥电路中的错接。两组视图均示出了每四个应变仪设置在所有四个测量轮辐上的实施方式。针对或者与某一替代方式的区别在于例如是取决于电桥供电的可支配性或者电路布线的质量。

Claims (11)

1.一种转矩传感器(10)，特别用于检测在关节臂机器人的关节上或关节中产生的转矩，具有：
多个测量轮辐(1，2，3，4)，所述测量轮辐被设计为，在转矩的作用下发生变形；以及
多个应变仪(DR11，DR12，DR21，DR22，DR31，DR32，DR41，DR42)，其中，每两个应变仪设置在多个测量轮辐(1，2，3，4)的两个相对置的侧面上，并且其中，多个所述应变仪分别被错接在至少两个电桥电路中的一个中，
其特征在于，
在所述至少两个电桥电路的每一个电桥电路中，至少三个应变仪被分别设置在不同的测量轮辐(1，2，3，4)上。
2.根据权利要求1所述的转矩传感器(10)，其中，所述至少两个电桥电路中的每一个电桥电路均具有电桥电压(UA，UB)，并且通过对两个电桥电路的电桥电压(UA，UB)的交叉比较形成一可靠的信号。
3.根据权利要求1或2所述的转矩传感器(10)，其中，每个电桥电路具有四个应变仪，并且所述四个应变仪在每个电桥电路中被设置在所述转矩传感器(10)的不同的轮辐(1，2，3，4)上。
4.根据权利要求3所述的转矩传感器(10)，其中，在相邻的测量轮辐上的两个应变仪(DR11，DR22)被错接在第一半桥中，并且在另外相邻的测量轮辐上的两个应变仪(DR42，DR31)被错接在第二半桥中。
5.根据权利要求3所述的转矩传感器(10)，其中，相对置的测量轮辐上的两个应变仪(DR11，DR32)分别被错接为一个半桥，并且在另外相对置的测量轮辐上的两个应变仪(DR22，DR41)分别被错接为第二半桥。
6.根据权利要求1至2中任一项所述的转矩传感器(10)，其中，在相邻的测量轮辐上的两个应变仪(DR11，DR22)被错接在第一半桥中，并且在相邻的测量轮辐上的两个应变仪(DR12，DR41)被错接在第二半桥中，其中，所述第一半桥的应变仪(DR11)和所述第二半桥的应变仪(DR12)被设置在同一测量轮辐上，并且另外两个应变仪(DR22，DR41)被设置在与该测量轮辐不同的测量轮辐上。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的转矩传感器(10)，其中，所述第一半桥和所述第二半桥被错接为一个电桥电路。
8.根据前述权利要求中任一项所述的转矩传感器(10)，其中，所述转矩传感器(10)被构造为轮辐传感器，其具有外环(11)和内环或者说轮毂(12)，并且所述测量轮辐(1，2，3，4)将外环和轮毂连接起来。
9.根据前述权利要求中任一项所述的转矩传感器(10)，其中，所述转矩传感器(10)具有恰好三个或恰好四个测量轮辐，该测量轮辐以相同的角度围绕所述内环或者说所述轮毂(12)设置。
10.一种利用根据权利要求1至9中任一项所述的转矩传感器(10)来检测转矩、特别是检测在关节臂机器人的关节上或关节中产生的转矩的方法，该方法具有：
借助于多个测量轮辐(1，2，3，4)上的应变仪(DR11，DR12，DR21，DR22，DR31，DR32，DR41，DR42)测量转矩，其中，将每两个应变仪设置在所述多个测量轮辐(1，2，3，4)的其中一个测量轮辐的相对置的侧面上；以及
借助于至少两个电桥电路对由所述应变仪(DR11，DR12，DR21，DR22，DR31，DR32，DR41，DR42)提供的信号进行分析，其中，在所述至少两个电桥电路的每一个电桥电路中错接有至少三个应变仪，这三个应变仪被设置在不同的测量轮辐(1，2，3，4)上。
11.一种具有至少一个机器人臂的关节臂机器人，所述机器人臂通过关节能移动地设置在所述机器人的其他构件上，其特征在于，所述机器人包括根据权利要求1至9中任一项所述的转矩传感器(10)，用于检测在所述关节上或关节中产生的转矩。
CN201580029343.3A 2014-06-02 2015-06-01 检测关节臂机器人的关节上或关节中所产生转矩的转矩传感器和方法 Active CN106415227B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014210379.7 2014-06-02
DE102014210379.7A DE102014210379B4 (de) 2014-06-02 2014-06-02 Drehmomentsensor und Verfahren zum Erfassen von an oder in einem Gelenk eines Gelenkarmroboters auftretenden Drehmomenten
PCT/EP2015/062128 WO2015185494A1 (de) 2014-06-02 2015-06-01 Drehmomentsensor und verfahren zum erfassen von an oder in einem gelenk eines gelenkarmroboters auftretenden drehmomenten

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106415227A true CN106415227A (zh) 2017-02-15
CN106415227B CN106415227B (zh) 2019-09-10

Family

ID=53298351

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201580029343.3A Active CN106415227B (zh) 2014-06-02 2015-06-01 检测关节臂机器人的关节上或关节中所产生转矩的转矩传感器和方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10352793B2 (zh)
EP (1) EP3149439B1 (zh)
KR (1) KR102045612B1 (zh)
CN (1) CN106415227B (zh)
DE (1) DE102014210379B4 (zh)
WO (1) WO2015185494A1 (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111479602A (zh) * 2017-12-18 2020-07-31 赛诺菲 用于注射装置的旋转传感器
CN111684250A (zh) * 2018-03-29 2020-09-18 日本电产科宝电子株式会社 扭矩传感器
CN111742205A (zh) * 2018-02-21 2020-10-02 阿尔卑斯阿尔派株式会社 转矩传感器

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10295418B1 (en) * 2016-03-29 2019-05-21 X Development Llc Factory-calibrated multi-spoke strain sensor system
DE102016212407A1 (de) * 2016-07-07 2018-01-11 Kuka Systems Gmbh Sensorplatte zur Befestigung an einem Manipulator
DE202016008595U1 (de) 2016-10-17 2018-07-26 Franka Emlka Gmbh Drehmomentsensorvorrichtung zum Erfassen von Drehmomenten
JP6808469B2 (ja) * 2016-12-07 2021-01-06 日本電産コパル電子株式会社 トルクセンサ
WO2018200668A1 (en) * 2017-04-25 2018-11-01 Ati Industrial Automation, Inc. Force/torque sensor temperature compensation
CN113899480A (zh) * 2017-08-25 2022-01-07 非夕机器人有限公司 用于测试扭矩的传感器
JP6976892B2 (ja) * 2018-03-29 2021-12-08 日本電産コパル電子株式会社 トルクセンサ
DE102019112146B3 (de) 2019-05-09 2020-09-10 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Vorrichtung zum Messen eines Drehmoments und Spannungswellengetriebe mit dieser Vorrichtung
CN114459641A (zh) * 2020-01-10 2022-05-10 北京航天测控技术有限公司 一种力矩传感器及其有效信号的检测方法
DE102020101424B3 (de) * 2020-01-22 2021-04-15 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Verfahren zur Überprüfung einer Anordnung von mindestens drei Dehnungsmessstreifen sowie Spannungswellengetriebe
CN112611489A (zh) * 2020-12-21 2021-04-06 陕西电器研究所 一种基于薄膜溅射的抗过载扭矩传感器

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DD281727A7 (de) * 1987-11-23 1990-08-22 Ilmenau Tech Hochschule Vorrichtung zur messung von kraeften und drehmomenten
CN2650092Y (zh) * 2003-11-13 2004-10-20 东南大学 汽车车轮多维力测量传感器
CN1860355A (zh) * 2003-09-30 2006-11-08 新田株式会社 多轴传感器单元及使用它的多轴传感器
JP2007147346A (ja) * 2005-11-25 2007-06-14 Ono Sokki Co Ltd 歪みゲージ式荷重計及びシャシーダイナモメータ
WO2010066296A1 (de) * 2008-12-10 2010-06-17 Karsten Weiss Verformungskörper für kraft-momenten-sensor
CN101909830A (zh) * 2007-12-28 2010-12-08 库卡罗伯特有限公司 机器人和对这种机器人上的力矩进行监测的方法
CN102235926A (zh) * 2010-03-30 2011-11-09 索尼公司 扭矩传感器和机器人装置
CN102317750A (zh) * 2009-02-06 2012-01-11 Abb股份公司 多轴线力和扭矩传感器的组及组装方法
CN202533206U (zh) * 2011-11-10 2012-11-14 中国矿业大学(北京) 轮辐式联轴器扭矩传感器

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE281727C (zh)
US3693425A (en) * 1970-04-30 1972-09-26 Joseph M Starita Force measuring apparatus
JPS57169643A (en) 1981-04-13 1982-10-19 Yamato Scale Co Ltd Load cell for multiple components of force
US4573362A (en) * 1984-07-09 1986-03-04 Eaton Corporation Multi-axis load transducer
DE3516234A1 (de) * 1985-05-06 1986-11-06 Lothar Dipl.-Phys. Dr. 8031 Gilching Schmieder Einrichtung zum messen von kraeften und drehmomenten in verschiedenen richtungen
DE3605964A1 (de) 1986-02-25 1987-08-27 Erichsen A M Gmbh Kraftaufnehmer
DE3611336A1 (de) * 1986-04-04 1987-10-15 Deutsche Forsch Luft Raumfahrt Kraft-drehmoment-fuehler
DE4012829C2 (de) * 1990-04-23 1995-11-23 Walter Rieger Vorrichtung zur mehrdimensionalen Kraftmessung und daraus abgeleiteten Größen durch Meßwertaufnahme mittels elektrischer Sensoren, z. B. Dehnungsmeßstreifen
EP0575634B1 (de) * 1992-05-25 1996-10-09 Hottinger Baldwin Messtechnik Gmbh Drehmomentsensor
US5386724A (en) 1993-08-31 1995-02-07 Schlumberger Technology Corporation Load cells for sensing weight and torque on a drill bit while drilling a well bore
US6871552B2 (en) 2002-04-12 2005-03-29 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Force moment sensor
US7743672B2 (en) * 2008-06-06 2010-06-29 Kulite Semiconductor Products, Inc. Multiple axis load cell controller
WO2011069515A2 (en) * 2009-12-08 2011-06-16 Abb Ag Multiaxial force-torque sensors
KR101335432B1 (ko) * 2012-05-10 2013-11-29 전자부품연구원 힘토크 센서, 힘토크 센서 프레임 및 힘토크 측정 방법

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DD281727A7 (de) * 1987-11-23 1990-08-22 Ilmenau Tech Hochschule Vorrichtung zur messung von kraeften und drehmomenten
CN1860355A (zh) * 2003-09-30 2006-11-08 新田株式会社 多轴传感器单元及使用它的多轴传感器
CN2650092Y (zh) * 2003-11-13 2004-10-20 东南大学 汽车车轮多维力测量传感器
JP2007147346A (ja) * 2005-11-25 2007-06-14 Ono Sokki Co Ltd 歪みゲージ式荷重計及びシャシーダイナモメータ
CN101909830A (zh) * 2007-12-28 2010-12-08 库卡罗伯特有限公司 机器人和对这种机器人上的力矩进行监测的方法
WO2010066296A1 (de) * 2008-12-10 2010-06-17 Karsten Weiss Verformungskörper für kraft-momenten-sensor
CN102317750A (zh) * 2009-02-06 2012-01-11 Abb股份公司 多轴线力和扭矩传感器的组及组装方法
CN102235926A (zh) * 2010-03-30 2011-11-09 索尼公司 扭矩传感器和机器人装置
CN202533206U (zh) * 2011-11-10 2012-11-14 中国矿业大学(北京) 轮辐式联轴器扭矩传感器

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111479602A (zh) * 2017-12-18 2020-07-31 赛诺菲 用于注射装置的旋转传感器
CN111742205A (zh) * 2018-02-21 2020-10-02 阿尔卑斯阿尔派株式会社 转矩传感器
CN111742205B (zh) * 2018-02-21 2022-03-22 阿尔卑斯阿尔派株式会社 转矩传感器
CN111684250A (zh) * 2018-03-29 2020-09-18 日本电产科宝电子株式会社 扭矩传感器
CN111684250B (zh) * 2018-03-29 2022-04-05 日本电产科宝电子株式会社 扭矩传感器
US11408786B2 (en) 2018-03-29 2022-08-09 Nidec Copal Electronics Corporation Torque sensor

Also Published As

Publication number Publication date
KR20160147035A (ko) 2016-12-21
WO2015185494A1 (de) 2015-12-10
EP3149439A1 (de) 2017-04-05
DE102014210379B4 (de) 2016-03-24
US20170153156A1 (en) 2017-06-01
CN106415227B (zh) 2019-09-10
KR102045612B1 (ko) 2019-11-15
DE102014210379A1 (de) 2015-12-03
US10352793B2 (en) 2019-07-16
EP3149439B1 (de) 2019-10-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106415227A (zh) 检测关节臂机器人的关节上或关节中所产生转矩的转矩传感器和方法
US10067019B2 (en) Force and torque sensor having redundant instrumentation and operative to detect faults
CN207556719U (zh) 扭矩传感器装置、机器人的机械手和机器人
JP5237383B2 (ja) 内部応力を測定するためのロゼット歪ゲージ
US10564059B2 (en) Force sensor
JP2017194467A (ja) 圧力センサを製造する方法
US20080295610A1 (en) Triaxial force sensor and triaxial force detection method
CN102812341A (zh) 多轴向力-扭矩传感器
CN105008150B (zh) 用于关联具有轮胎压力监测系统的车辆上的多个轮胎位置的方法
CN105538308A (zh) 检测施加给机器人的载荷的系统、机器人及机器人系统
CN101013152B (zh) 用于确定传感器装置的故障传感器元件的电路和方法
CN102353487A (zh) 多维力传感器的贴片及组桥方法
WO2020084902A1 (ja) 圧力センサ
CN103506840A (zh) 一种整形校正装置
JP2010014695A (ja) 多軸センサ
CN104685314A (zh) 应变变送器
CN107817117B (zh) 一种轮胎力学特性实时测量装置及其测量方法
US9435705B2 (en) Switching type six-axis force-torque sensor and six-axis force-torque measuring apparatus using the same
TWI620920B (zh) 多軸向壓電應力感測元件、多軸向壓電應力感測元件極化之方法及其壓電感應偵測系統
JP2010210357A (ja) ひずみゲージ式荷重変換器
CN107621322B (zh) 传感器装置
CN108120846B (zh) 旋转感测装置及旋转感测方法
CN103419165A (zh) 一种高精度扭矩扳子及其校验、安装和检测方法
JP3029548U (ja) 簡易取付型のトルク変換器
CN208443503U (zh) 高精度类导柱式测力构架的垂向载荷力系测试结构

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant