CN110802595B - 一种机械臂用传感装置、机械臂总成及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种机械臂用传感装置、机械臂总成及应用，包括用于与夹持机构连接的第一连接板及用于与机械臂连接的第二连接板，所述第一连接板与至少四个第一柔性铰链的一端连接，第一柔性铰链的另一端与连接体一端连接，连接体的另一端与至少四个第二柔性铰链的一端连接，第二柔性铰链的另一端与第二连接板连接，第一柔性铰链和第二柔性铰链交错设置，第一柔性铰链和第二柔性铰链上均设置有光纤光栅，所述光纤光栅与光谱仪连接，使用本发明的传感装置，测量结果更加精确，适应性更强。
Description
技术领域
本发明涉及机械臂技术领域，具体涉及一种机械臂用传感装置、机械臂总成及应用。
背景技术
机械臂有着独特的操作灵活性，因此在工业生产和恶劣环境下的特种工作方面有着广泛的应用。力和力矩是机械臂末端夹持结构需要感知的重要参数，关系到机械臂是否能够输出合适的力夹持住目标物体。
发明人发现，机械臂上现有的六维力传感器大多采用六通道采集，三个方向上力与力矩的分量解耦计算精度不高，而且大多采用电阻式或电容式等电学应变片作为感知源，通过电压信号的变化进行求解，但电信号在恶劣、特种环境中难以抵抗住干扰。
发明内容
本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供一种机械臂用传感装置，计算精度高，且适合在恶劣、特种环境中使用。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种机械臂用传感装置，包括用于与夹持机构连接的第一连接板及用于与机械臂连接的第二连接板，所述第一连接板与至少四个第一柔性铰链的一端连接，第一柔性铰链的另一端与连接体一端连接，连接体的另一端与至少四个第二柔性铰链的一端连接，第二柔性铰链的另一端与第二连接板连接，第一柔性铰链和第二柔性铰链交错设置，第一柔性铰链和第二柔性铰链上均设置有光纤光栅，所述光纤光栅与光谱仪连接。
进一步的，所述第一柔性铰链的两个设有凹槽的侧面分别设置有第一光纤光栅和第二光纤光栅。
进一步的，所述第二柔性铰链的两个设有凹槽的侧面分别设置有第三光纤光栅和第四光纤光栅。
进一步的，所述第一柔性铰链和第二柔性铰链均沿圆周均匀分布。
进一步的，所述光纤光栅采用Bragg光纤光栅。
进一步的，所述连接体为圆柱型结构，采用钢性材质制成。
进一步的，所述第一连接板上设置有第一安装孔，第一连接板能够通过第一安装孔与夹持机构连接。
进一步的，所述第二连接板上设置有第二安装孔，第二连接板能够通过第二安装孔与机械臂连接。
本发明还公开了一种机械臂总成，包括机械臂、夹持机构及所述的机械臂用传感装置，所述机械臂的末端与第二连接板固定连接，第一连接板与夹持机构连接。
本发明还公开了一种生产线，安装有所述的机械臂总成。
本发明的有益效果：
1.本发明的机械臂用传感装置，具有至少8个柔性铰链，能够采集至少8个通道的数据，能够实现更高精度的解耦，得到的计算结果更加精确。
2.本发明的机械臂用传感装置，利用光纤光栅结合柔性铰链来测量力和力矩，光纤光栅通过反射波长来反应力的变化，能够很好的低于住电磁等的干扰，适合在恶劣、特种环境中使用，适用性更强。
3.本发明的机械臂用传感装置，第一柔性铰链和第二柔性铰链交错设置，便于感知斜方向的数据，测量更多方向的应变数据，使测量结果更加精确。
4.本发明的机械臂用传感装置，所述第一柔性铰链的两个设有凹槽的侧面分别设置有光纤光栅，所述第二柔性铰链的两个设有凹槽的侧面分别设置有光纤光栅，两个光纤光栅反射的光的波长会有差异，波长之差对抵消掉温度变化带来的影响，从而使反射的光的波长与应变呈线性关系，使传感装置在恶劣的工作环境中仍能够保持良好的感知能力。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。
图1为本发明实施例1整体结构示意图；
图2为本发明实施例1整体结构主视示意图；
图3为本发明实施例1整体结构俯视示意图；
其中，1.第一连接板，1-1.第一安装孔，2.第二连接板，2-1.第二安装孔，3.第一柔性铰链，4.连接体，5.第二柔性铰链，6.第一光纤光栅，7.第二光纤光栅，8第三光纤光栅，9.第四光纤光栅。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
正如背景技术所介绍的，现有的机械臂用六维力传感器解耦计算精度不高，易受环境的干扰，针对上述问题，本申请提出了一种机械臂用传感装置。
本申请的一种典型实施方式实施例1中，如图1-3所示，一种机械臂用传感装置，包括圆柱型的第一连接板1和第二连接板2，所述第一连接板上开设有四个第一安装孔1-1，第一连接板能够通过第一安装孔与夹持机构连接，所述第二连接板上开设有四个第二安装孔2-1，第二连接板能够通过第二安装孔与机械臂的末端连接。
所述第一连接板与四个第一柔性铰链3的一端连接，四个第一柔性铰链的另一端与连接体4的一端固定连接，四个所述的第一柔性铰链沿圆周均匀分布，即相邻两个第一柔性铰链与第一连接板连接点与第一连接板中心的连线夹角为90°。
所述连接体采用圆柱型结构，由刚性材质支撑，优选的，所述连接体采用钢材质制成。
所述连接体的另一端与四个第二柔性铰链5的一端连接，四个第二柔性铰链的另一端与第二连接板固定连接。
当第一连接板受力时，第一柔性铰链发生变形，同时通过连接体传输给第二柔性铰链，第二柔性铰链也能够发生变形。
四个所述的第二柔性铰链沿圆周均匀分布，且四个第二柔性铰链与四个第一柔性铰链交错设置，在与连接体轴线垂直的平面内，第二柔性铰链在该平面的投影位于相邻两个第一柔性铰链在该面的投影之间，且第二柔性铰链的投影与两个第一柔性铰链的投影夹角相等。
第一柔性铰链和第二柔性铰链交错设置，能够感知更多方向上的数据，使得测量结果更加精确。
所述第一柔性铰链和第二柔性铰链上均粘贴固定有光纤光栅，所述光纤光栅采用Bragg光纤光栅，该光纤内部含有多个光栅，可以反射某个波长的光，而透过其它波长的光。当Bragg光纤光栅受到力的作用而发生应变时，光栅的周期和光纤对光的折射率发生变化，被反射的光的波长从而发生变化，当光纤的材料确定之后，波长的变化与施加的力和力矩的大小有着某一确定的线性关系，通过测量波长的变化，便可知道施加的力和力矩的大小，所述光纤光栅与光谱仪连接，能够将测定的波长变化值传输给光谱仪进行分析。
利用光纤光栅结合柔性铰链来测量力和力矩，光纤光栅通过反射波长来反应力的变化，能够很好的抵御住电磁等的干扰，适合在恶劣、特种环境中使用，适用性更强。
Bragg光纤光栅反射光的波长主要受温度和应变两个参数的影响，在恶劣环境下使用时，温度的影响便不能被忽略。为了补偿温度带来的影响，所述第一柔性铰链带凹槽的两个侧面上分别粘贴固定有第一光纤光栅6和第二光纤光栅7，所述第二柔性铰链带凹槽的两个侧面上分别粘贴固定有第三光纤光栅8和第四光纤光栅9。
第一柔性铰链和第二柔性铰链两个带凹槽的侧面均粘贴光纤光栅，能够补偿温度带来的影响，使测量结果更加准确。
以第一柔性铰链为例进行说明：第一柔性铰链因为力发生弯曲后，第一光纤光栅弯曲收缩，第二光纤光栅弯曲伸展，或第一光纤光栅弯曲伸展，第二光纤光栅弯曲收缩，温度对于第一光纤光栅和第二光纤光栅的影响是相同的，第一光纤光栅测得的变化波长减去第二光纤光栅测得的变化波长后，温度的影响的波长变化值被抵消掉，得到两倍的形变影响的波长变化值，从而得到对应的补偿了温度变化后的波长变化值，应变与波长变化值呈线性关系，使得传感装置能够在恶劣工作环境中仍能保持良好的感知力和力矩的性能。
使用本实施例的传感装置，当第一连接板受到某一外力时，八个柔性铰链会发生应变，从而带动八组光纤光栅(同一个第一柔性铰链上的第一光纤光栅和第二光纤光栅为一组，同一个第二柔性铰链的第三光纤光栅和第四光纤光栅为一组)发生挤压和拉伸，每组两根光纤在补偿温度后测一个通道的数据，三个维度的力和力矩的数据通过八组光纤光栅产生的八通道数据计算产生，八组数据共同参与解耦计算，得到力和力矩的三个维度的分量。相对于传统的采用六通道数据解耦计算，采用八通道数据能够实现更高精度的解耦，得到的计算结果更加精确。
实施例2：
本实施例公开了一种机械臂总成，包括机械臂、夹持机构及所述的机械臂用传感装置，所述机械臂的末端通过第二安装孔与第二连接板固定连接，第一连接板通过第一安装孔与夹持机构连接，所述机械臂采用现有的机械臂即可，其具体结构在此不进行详细叙述，所述夹持机构采用现有的机械臂用夹持机构即可，本领域技术人员可根据实际需要选择不同类型的夹持机构，其具体结构在此不进行详细叙述。
实施例3：
本实施例公开了一种生产线，安装有至少一个实施例2所述的机械臂总成，用于生产。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种机械臂用传感装置，其特征在于，包括用于与夹持机构连接的第一连接板及用于与机械臂连接的第二连接板，所述第一连接板与至少四个第一柔性铰链的一端连接，第一柔性铰链的另一端与连接体一端连接，连接体的另一端与至少四个第二柔性铰链的一端连接，第二柔性铰链的另一端与第二连接板连接，第一柔性铰链和第二柔性铰链交错设置，第一柔性铰链和第二柔性铰链上均设置有光纤光栅，所述光纤光栅与光谱仪连接。
2.如权利要求1所述的一种机械臂用传感装置，其特征在于，所述第一柔性铰链的两个设有凹槽的侧面分别设置有第一光纤光栅和第二光纤光栅。
3.如权利要求1所述的一种机械臂用传感装置，其特征在于，所述第二柔性铰链的两个设有凹槽的侧面分别设置有第三光纤光栅和第四光纤光栅。
4.如权利要求1所述的一种机械臂用传感装置，其特征在于，所述第一柔性铰链和第二柔性铰链均沿圆周均匀分布。
5.如权利要求1所述的一种机械臂用传感装置，其特征在于，所述光纤光栅采用Bragg光纤光栅。
6.如权利要求1所述的一种机械臂用传感装置，其特征在于，所述连接体为圆柱型结构，采用钢性材质制成。
7.如权利要求1所述的一种机械臂用传感装置，其特征在于，所述第一连接板上设置有第一安装孔，第一连接板能够通过第一安装孔与夹持机构连接。
8.如权利要求1所述的一种机械臂用传感装置，其特征在于，所述第二连接板上设置有第二安装孔，第二连接板能够通过第二安装孔与机械臂连接。
9.一种机械臂总成，其特征在于，包括机械臂、夹持机构及权利要求1-8任一项所述的机械臂用传感装置，所述机械臂的末端与第二连接板固定连接，第一连接板与夹持机构连接。
10.一种生产线，其特征在于，安装有权利要求9所述的机械臂总成。
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