CN112975894A - 多自由度力传感器 - Google Patents

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A.H.博雷尔
J.T.吉汀
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Abstract

公开了涉及多个自由度力传感器的系统和方法。本公开的一个方面提供了一种载荷传感器。载荷传感器包括第一板和第二板；多个单轴载荷单元，该多个单轴载荷单元包括第一、第二和第三单轴载荷单元，其中，第一、第二和第三单轴载荷单元中的每个都被设置在第一板和第二板之间并且沿着第一轴取向；以及多个约束关节，该多个约束关节被联接到第一板和第二板，多个约束关节被构造为抑制第一板相对于第二板在垂直于第一轴的方向上的平移并被构造为抑制第一板相对于第二板绕第一轴的旋转。

Description

多自由度力传感器
相关申请的交叉引用
本申请要求2019年12月17日提交的美国临时申请序列号62/949,406的35U.S.C.119(e)下的标题为“Three Degrees of Freedom Force Sensor”的权益，其公开内容通过引用整体并入。
技术领域
本发明涉及传感器，特别地涉及多自由度力传感器。
背景技术
机器人通常被定义为可重新编程的多功能操纵器，其被设计为通过可变的编程动作来移动材料、零件、工具或专用设备以执行任务。机器人可以是物理锚定的操纵器(例如工业机器人臂)，在整个环境中移动的移动机器人(例如使用腿、轮或基于牵引的机构)，也可以是操纵器和移动机器人的某种组合。机器人用于各种行业，例如包括制造、运输、危险环境、勘探和医疗保健。
发明内容
本公开的一个方面提供了一种载荷传感器。载荷传感器包括第一板和第二板；多个单轴载荷单元，该多个单轴载荷单元包括第一、第二和第三单轴载荷单元，其中，第一、第二和第三单轴载荷单元中的每个都被设置在第一板和第二板之间并沿着第一轴取向；以及多个约束关节(joint)，该多个约束关节被联接到第一板和第二板，多个约束关节被构造为抑制第一板相对于第二板在垂直于第一轴的方向上的平移并构造为抑制第一板相对于第二板绕第一轴的旋转。
在另一方面，多个约束关节包括至少一个球形约束部。
在另一方面，至少一个球形约束部设置在多个单轴载荷单元的质心处。
在另一方面，多个单轴载荷单元还包括第四单轴载荷单元，其中，第四单轴载荷单元设置在第一板和第二板之间并且沿着第一轴取向。
在另一方面，多个单轴载荷单元中的每个设置在第一板的拐角处。
在另一方面，多个单轴载荷单元被构造为测量沿着第一轴的力。
在另一方面，载荷单元还包括输出接口，该输出接口被构造为将从多个单轴载荷单元输出的信号提供到处理器，其中，处理器被构造为计算绕第二轴和第三轴的力矩，其中第二轴和第三轴每个都垂直于第一轴，以及其中第二轴垂直于第三轴。
在另一方面，多个单轴载荷单元中的每个都通过球形约束部而联接到第一板和第二板。
在另一方面，多个单轴载荷单元中的每个都通过单向约束部联接到第一板和第二板。
在另一方面，多个单轴载荷单元中的每个被构造为测量沿第一轴的压缩力和拉力。
在另一方面，多个单轴载荷单元还包括沿着垂直于第一轴的第二轴取向的第五单轴载荷单元。
在另一方面，载荷单元还包括沿第二轴和第三轴取向的双轴载荷单元，其中第三轴垂直于第一轴和第二轴二者。
在另一方面，多个约束关节中的每个与多个单轴载荷单元和/或双轴载荷单元中的至少一个共同定位。
本公开的一个方面提供了一种用于确定施加到机器人的一部分上的一个或多个力的方法。该方法包括通过多个单轴载荷单元感测施加到机器人的该一部分的力，该多个单轴载荷单元包括沿着第一轴取向并设置在第一板和第二板之间的第一、第二和第三单轴载荷单元。第一板和第二板受到设置在第一板和第二板之间的多个约束关节的约束，其中，多个约束关节被构造为抑制在第一板和第二板之间在垂直于第一轴的方向上的相对平移并被构造为抑制在第一板和第二板之间绕第一轴的相对旋转。该方法还包括基于多个单轴载荷单元的所感测到的输出来确定沿着第一轴的力；以及基于多个单轴载荷单元的所感测到的输出来确定绕第二轴和第三轴的力矩，其中第二和第三轴每个都垂直于第一轴，以及其中第二轴垂直于第三轴。该方法另外包括至少部分地基于所确定的力和力矩来调节机器人的操作。
在另一方面，多个单轴载荷单元还包括第四单轴载荷单元。第四单轴载荷单元设置在第一板和第二板之间，并沿第一轴取向。确定沿第一轴的力包括至少部分地基于第四单轴载荷单元的所感测到的输出来确定沿第一轴的力。确定绕第二轴和第三轴的力矩包括至少部分地基于第四单轴载荷单元的所感测到的输出来确定绕第二轴和第三轴的力矩。
在另一方面，多个单轴载荷单元还包括沿着第二轴取向的第五单轴载荷单元。该方法还包括基于多个单轴载荷单元的所感测到的输出来确定沿着第二轴的力。
在另一方面，该方法还包括基于多个单轴载荷单元的所感测到的输出和/或沿着第二轴和第三轴取向的双轴载荷单元的所感测到的输出，确定沿着第二轴和第三轴的力。
在另一方面，该方法还包括基于多个单轴载荷单元的所感测到的输出和/或双轴载荷单元的所感测到的输出，确定绕第一轴的力矩。
在另一方面，调节机器人的操作包括调节机器人的加速度。
在另一方面，调节机器人的加速度包括限制机器人的该部分的最大加速度。
在另一方面，其中调节机器人的操作包括调节机器人的轨迹。
本公开的一个方面提供了一种机器人，该机器人包括至少一个可移动肢体和联接到该至少一个可移动肢体的载荷传感器。载荷传感器包括第一板和第二板；多个单轴载荷单元，该多个单轴载荷单元包括第一、第二和第三单轴载荷单元，其中，第一、第二和第三单轴载荷单元中的每个都被设置在第一板和第二板之间并沿着第一轴取向；以及多个约束关节，该多个约束关节被联接到第一板和第二板，该多个约束关节构造为抑制第一板相对于第二板在垂直于第一轴的方向上的平移并构造为抑制第一板相对于第二板绕第一轴的旋转。
在另一方面，至少一个可移动肢体包括操纵器臂。
在另一方面，操纵器臂包括末端执行器，并且载荷传感器联接到末端执行器。
在另一方面，机器人还包括构造为接收从载荷传感器输出的信号的处理器。
在另一方面，处理器被构造为至少部分地基于所接收的信号来调节机器人的操作。
在另一方面，处理器被构造为至少部分地基于所接收的信号来限制至少一个可移动肢体的加速度。
在另一方面，处理器被构造为至少部分地基于所接收的信号来调节至少一个可移动肢体的轨迹。
应当理解，前述构思和以下更详细讨论的附加构思的所有组合(假设这样的构思并不相互不一致)被认为是在此公开的发明主题的一部分。
附图说明
图1A是在环境中举起箱子的机器人的示例的透视图；
图1B是机器人的示例的透视图；
图1C是图1B的机器人的系统的示例布置的示意图；
图2示出了根据一些实施例的与机器人一起使用的示例性三自由度(3DOF)传感器；
图3示出了根据一些实施例的图2的3DOF传感器中的载荷单元的示例构造；
图4A是根据一些实施例的与机器人一起使用的示例性多DOF传感器的示意性顶视图；
图4B是根据一些实施例的与图4A的多DOF传感器相关联的运动学自由度的示意性顶视图；
图4C是根据一些实施例的与图4A的多DOF传感器相关联的载荷感测轴的示意性顶视图。
具体实施方式
机器人通常被构造为在机器人所处的环境中执行各种任务。通常，这些任务包括与对象和/或环境元素进行交互。为了完成这样的任务，一些机器人包括一个或多个带有末端执行器(例如，抓取器)的臂，该末端执行器被控制为与环境中的对象相互作用。例如，可以控制机器人的抓取器末端执行器以拾取对象(例如箱子)并将拾取的对象布置在货盘(pallet)上以进行运输，或者替代地，从货盘上移走对象以作为物流应用的一部分进行分配。末端执行器可以联接到一个或多个力传感器，其被构造为当末端执行器与载荷相互作用时(例如，当载荷被机器人提起时)测量施加到机器人的力和/或扭矩。力传感器也可以与机器人的其他部分结合使用。例如，步行机器人可以在与对象(例如地面)接触的一个或多个机器人肢体(例如脚)中包括力传感器，以感测在肢体和对象之间的力。这样的力传感器通常使用六个自由度(6DOF)来测量力/扭矩—x-y-z轴力和绕每个轴的力矩(扭矩)。在某些应用中，可能不需要检测所有六个自由度。例如，在某些应用中感测三个自由度就足够了，并且与传统3自由度传感器相比，检测超出特定应用严格要求的自由度的边际收益可能无法弥补传统6自由度传感器增加的成本。在可能需要或甚至需要感测所有六个自由度的应用中，传统的6DOF传感器可能仍然不合需要地昂贵。相反，为特定应用量身定制的定制传感器可能比传统传感器更便宜、更简单、更鲁棒性且更具可构造性。
发明人已经认识并意识到，可以使用多个单轴载荷单元来感测多个自由度。使用多个单轴载荷单元可能是理想的，在于与传统的集成式6自由度传感器相比，例如这样的系统可能成本更低、模块化程度更高、使用的空间更少，和/或能够定制针对一组特定的系统约束和要求量身定制的感测解决方案。因此，一些实施例涉及构造为以小于六个自由度来测量力/扭矩的力传感器。例如，一些实施例针对与机器人系统一起使用的三自由度力传感器。一些实施例针对使用多个单轴(和/或在一些实施例中为双轴)载荷单元来感测多达六个自由度的力传感器。多自由度感测可以通过使用运动学约束载荷单元来实现，如下文更详细地解释的。
示例机器人系统
图1A描绘了机器人100的示例，该机器人内通常包括体部110、至少一个腿120(例如，显示为两个腿120、120a-b)，联接到每个腿120的驱动轮130、具有末端执行器160的臂150。尽管示出为具有轮，但是应当理解，也可以使用具有固定底座(例如，没有轮)的机器人。机器人100处于环境10内，环境10包括堆叠在货盘30上的多个箱子20、20a-n25。这里，使用末端执行器160，机器人100正在从货盘30提起箱子20a。末端执行器160可以是例如抓取器，并且可以包括力传感器，该力传感器被构造为测量由正在被抓取器提起的载荷(例如箱子20a)施加在机器人上的力。
图1B是在包括至少一个箱子20的环境10内操作的机器人100的示例。这里，在此，环境10包括堆叠在放在地面12上的货盘30上的多个箱子20、20a-n。机器人100可以在地面12上移动(例如，驱动)以检测和/或操纵环境10内的箱子20。例如，货盘30可以对应于机器人100装载或卸载的运送卡车。在此，机器人100可以是与物流的运输和/或接收阶段相关联的物流机器人。作为物流机器人，机器人100可以将箱子20装在货盘上或检测箱子20以用于物流履行或库存管理。例如，机器人100检测箱子20，处理箱子20以用于进出库存，并且使箱子20在环境10附近移动。
机器人100具有沿重力方向的竖直重力轴Vg和质心(COM)，该质心是机器人100的总质量分布为零的点。机器人100还具有相对于竖直重力轴Vg的基于COM的姿势(姿势)P，以定义机器人100所采取的特定姿态或站姿。机器人100的姿态可以由对象在空间中的取向或角位置来定义。
机器人100通常包括体部110和一个或多个腿120。根据要在环境10中执行的任务，机器人100的体部110可以是整体结构或更复杂的设计。体部110可以允许机器人100平衡，感知环境10，为机器人100供电，协助环境10内的任务或支持机器人100的其他组件。在一些示例中，机器人100包括两个部分体部110。例如，机器人100包括倒立摆体部(IPB)110、110a(即，被称为机器人100的躯干110a)和设置在IPB 110a上的反平衡(counter-balance)体部(CBB)110、110b(即，称为机器人100的尾部110b)。
体部110(例如，IPB 110a或CBB 110b)具有第一端部112和第二端部114。例如，IPB110a具有第一端部112a和第二端部114a，而CBB 110b具有第一端部112b和第二端部114b。在一些实施方式中，CBB 110b设置在IPB 110a的第二端部114a上并且构造为相对于IPB110a移动。在一些示例中，CBB 110b包括用于向机器人100供电的电池。后关节JB可以将CBB110b可旋转地联接到IPB 110a的第二端部114a，以允许CBB 110b相对于IPB 110a旋转。后关节JB可以被称为俯仰关节。在所示的示例中，后关节JB支撑CBB 110b，以允许CBB 110b围绕垂直于机器人100的重力竖直轴Vg和前后轴(x轴)延伸的横轴(y轴)移动/俯仰。前后轴(x轴)可以表示机器人100的当前行进方向。CBB 110b相对于IPB 110a的移动通过使机器人100的COM相对于竖直重力轴Vg移动来改变机器人100的姿势P。旋转致动器或后关节致动器A，AB(例如，尾部致动器或反平衡体致动器)可定位在后关节JB处或附近，以控制CBB 110b(例如，尾部)围绕横轴(y-轴)的移动。旋转致动器AB可以包括电机、电液伺服、压电致动器、螺线管致动器、气动致动器或适合于精确地实现CBB 110b相对于IPB 110a的移动的其他致动器技术。
CBB 110b相对于IPB 110a的旋转移动改变了机器人100的姿势P，以平衡并保持机器人100处于直立位置。例如，类似于常规倒立摆飞轮中的飞轮的旋转，CBB 110b相对于重力竖直轴Vg的旋转在后关节JB处产生/施加力矩，以改变机器人100的姿势P。通过使CBB110b相对于IPB 110a移动以改变机器人100的姿势P，机器人100的COM相对于重力竖直轴Vg移动，以在机器人100正在移动和/或搬运载荷时的情形中平衡并保持机器人100处于直立位置。然而，与传统的倒立摆式飞轮中的飞轮部分具有以力矩点为中心的质量相比，CBB110b包括相应的质量，该相应的质量从在后关节JB某些构造处施加的力矩偏移，设置在后关节JB处的陀螺仪可用于代替CBB 110b以旋转并施加力矩(旋转力)，以平衡并保持机器人100处于直立位置。
CBB 110b可以绕后关节JB沿顺时针和逆时针方向(例如，绕y轴沿“俯仰方向”)旋转(例如，俯仰)以产生振荡(例如，摆动)移动。CBB 110b相对于IPB 110a在位置之间的移动导致机器人100的COM移动(例如，朝向地面12更低或远离地面12更高)。CBB 110b可以在移动之间振荡以产生摆动移动。CBB 110b在相对于IPB 110a移动时的旋转速度可以是恒定的或变化的(加速或减速)，这取决于为了动态地平衡机器人100而需要多快地改变机器人100的姿势P。
腿120是基于运动的结构(例如，腿和/或轮)，其被构造为使机器人100在环境10周围移动。机器人100可以具有任意数量的腿120(例如，四足动物有四个腿、两足动物有两个腿、六足动物有六个腿、类似蜘蛛的机器人有八个腿、没有腿的机器人具有固定底座等)。在这里，为简单起见，机器人100通常以两个腿120、120a-b示出和描述。
作为两个腿机器人100，该机器人包括第一腿120、120a和第二腿120、120b。在一些示例中，每个腿120包括第一端122和第二端124。第二端124对应于腿120的与机器人100的接触一表面(例如，地面)的构件接触或相邻的一端，使得机器人100可以穿越环境10。例如，第二端124对应于机器人100的根据步态模式移动的脚。在一些实施方式中，机器人100根据滚动运动而移动，使得机器人100包括驱动轮130。驱动轮130可以是机器人100的脚状构件之外的或其替代。例如，机器人100能够根据步行运动和/或滚动运动而移动。这里，图1B中描绘的机器人100示出了第一端122联接到体部110(例如，在IPB 110a处)，而第二端124联接到驱动轮130。通过将驱动轮130联接到腿120的第二端124，驱动轮130可绕着联接器的轴旋转，以使机器人100绕环境10移动。
体部110的每一侧上的髋关节JH(例如，相对于机器人100的矢状面PS对称的第一髋关节JH，JHa和第二髋关节JH，JHb)可旋转地联接机器人腿120的第一端122到体部110的第二端部114，以允许腿120的至少一部分绕着横轴(y轴)相对于体部110移动/俯仰。例如，腿120(例如，第一腿120a或第二腿120b)的第一端122在髋关节JH处联接到IPB 110a的第二端部114a，以允许腿120的至少一部分绕着横轴(y轴)相对于IPB 110a移动/俯仰。
腿致动器A，AL可以与每个髋关节JH相关联(例如，第一腿致动器AL，ALa和第二腿致动器AL，ALb)。与髋关节JH相关联的腿致动器AL可以使腿120的上部126(例如，第一腿120a或第二腿120b)绕着横轴(y轴)相对于体部110(例如，IPB 110a)移动/俯仰。在一些构造中，每个腿120包括对应的上部126和对应的下部128。上部126可以从第一端122处的髋关节JH延伸到对应的膝关节JK，而下部128可以从对应的膝关节JK延伸到第二端124。与膝关节JK相关的膝致动器A，AK可能导致腿120的下部128绕横轴(y轴)相对于腿120的上部126移动/俯仰。
每个腿120可以包括被构造为将驱动轮130可旋转地联接到腿120的第二端124的相应的踝关节JA。例如，第一腿120a包括第一踝关节JA，JAa和第二腿120b包括第二踝关节JA，JAb。在此，踝关节JA可以与轴相关联，该轴联接成与驱动轮130共同旋转并且基本平行于横轴(y轴)延伸。驱动轮130可以包括相应的扭矩致动器(驱动电机)A，AT，其构造为施加相应的轴扭矩，以使驱动轮130绕踝关节JA旋转，以使驱动轮130沿着前-后轴(x轴)在地面12上移动。例如，轴扭矩可导致驱动轮130沿第一方向旋转，以使机器人100沿前-后轴(x轴)在向前方向上移动和/或使驱动轮130在相反的第二方向上旋转，以使机器人100沿前-后轴(x轴)在向后方向上移动。
在一些实施方式中，腿120棱柱形地联接到体部110(例如，IPB 110a)，使得每个腿120的长度可以经由靠近髋关节JH的相应致动器(例如，腿致动器AL)、公开为靠近髋关节JH和膝关节JK的一对滑轮(未示出)以及使滑轮同步旋转的同步带(未示出)伸展和缩回。每个腿致动器AL可以包括线性致动器或旋转致动器。在此，具有控制器142(例如，图1C中所示)的控制系统140可以致动与每个腿120相关联的致动器，以使对应的上部126相对于体部110(例如，IPB 110a)在顺时针方向或逆时针方向之一上旋转，以通过使相应的下部128绕相应的膝关节JK相对于上部126沿顺时针方向或逆时针方向中的另一棱柱形地延伸/伸展腿120的长度。可选地，代替两条连杆的腿，至少一个腿120可以包括单个连杆，其棱柱形地线性地延伸/缩回，使得腿120的第二端124沿线性导轨棱柱形地移离/移向体部110(例如，IPB110a)。在其他构造中，膝关节JK可采用相应的旋转致动器作为膝致动器AK，以代替一对同步滑轮使下部128相对于上部126旋转。
施加到每个驱动轮130(例如，与第一腿120a相关联的第一驱动轮130、130a和与第二腿120b相关联的第二驱动轮130、130b)中的每个的相应的轴扭矩可以变化以进行操纵机器人100穿过表面12。例如，施加到第一驱动轮130a的轴扭矩(即，轮扭矩τW)大于施加到第二驱动轮130b的轮扭矩τW可导致机器人100向左转，而向在向第二驱动轮130b施加比向第一驱动轮130更大的轮扭矩τW会使机器人100向右转。类似地，向每个驱动轮130施加基本相同大小的轮扭矩τW可导致机器人100在向前或相反方向上基本笔直地移动穿过地面12。施加到每个驱动轮130的轴扭矩TA的大小还控制机器人100沿前-后轴(x轴)的速度。可选地，驱动轮130可以沿相反的方向旋转以允许机器人100通过在地面12上旋转来改变方向。因此，每个轮扭矩τW可以独立于施加到另一个驱动轮130的轴扭矩(如果有的话)施加到对应的驱动轮130。
在一些示例中，体部110(例如，在CBB 110b处)还包括至少一个非驱动轮(未示出)。非驱动轮通常是被动的(例如，被动脚轮)，并且不与地面12接触，除非体部110移动到姿势P，在此体部110(例如，CBB 110b)由地面支撑12。
在一些实施方式中，机器人100还包括一个或多个附件，例如设置在体部110上(例如，在IPB 110a上)并构造为相对于体部110移动的铰接臂150(也称为臂或操纵器臂)。铰接臂150可以具有一个或多个自由度(例如，从相对固定到能够在环境10中执行各种各样的任务的范围)。在此，图1B所示的铰接臂150具有五个自由度。尽管图1B示出了设置在体部110的第一端部112上(例如，在IPB 110a处)的铰接臂150，但是铰接臂150可以以其他构造设置在体部110的任何部分上。例如，铰接臂150设置在CBB 110b上或设置在IPB 110a的第二端部114a上。
铰接臂150在近端第一端152和远端第二端154之间延伸。臂150可包括在第一端152和第二端154之间的一个或多个臂关节JA，其中每个臂关节JA被构造能使臂150铰接到环境10中。这些臂关节JA可以将臂150的臂构件156联接到体部110，或者将两个或更多个臂构件156联接在一起。例如，第一端152在第一铰接臂关节JA，JA1(例如，类似于肩关节)处连接到体部110(例如，IPB 110a)。在一些构造中，第一铰接臂关节JA，JA1设置在髋关节JH之间(例如，沿着机器人100在体部110的中心处的矢状面PS对准)。在一些示例中，第一铰接臂关节JA，JA1将臂150的近端第一端152可旋转地联接到体部110(例如，IPB 110a)以使臂150能够相对于体部110(例如，IPB 110a)旋转。例如，臂150可以相对于体部110绕横轴(y轴)移动/俯仰。
在诸如图1B的一些实施方式中，臂150包括第二臂关节JA，JA2(例如，类似肘关节)和第三臂关节JA，JA3(例如，类似腕关节)。第二臂关节JA，JA2将第一臂构件156a联接到第二臂构件156b，使得这些构件156a-b相对于彼此并且还相对于体部110(例如，IPB 110)可旋转。取决于臂150的长度，臂150的第二端154与臂构件156的一端重合。例如，尽管臂150可以具有任何数量的臂构件156，但是图1B示出了臂150具有两个臂构件156a-b，使得第二臂构件156b的一端与臂150的第二端154重合。这里，在臂150的第二端154，臂150包括末端执行器160，该末端执行器160被构造为环境10内执行任务。该末端执行器160可以设置在臂150的第二端154上的臂关节JA处(例如，在第三臂关节JA，JA3处)，以允许末端执行器160在操作期间具有多个自由度。末端执行器160可包括一个或多个用于抓取/抓握对象的末端执行器致动器A，AEE。例如，末端执行器160包括一个或多个吸杯，作为末端执行器致动器AEE，以通过在末端执行器160与目标对象之间提供真空密封来抓握或抓取对象。
铰接臂150可以绕着横轴(y轴)相对于体部110(例如IPB 110a)移动/俯仰。例如，铰接臂150可绕横轴(y轴)相对于体部110在重力方向上旋转以降低机器人100的COM，同时执行转向操纵。CBB 110b还可绕横轴(y轴)相对于IPB 110在重力方向上同时旋转，以帮助降低机器人100的COM。这里，铰接臂150和CBB 110b可抵消机器人100的COM沿前-后轴(x轴)在向前或向后方向上的任何移位，同时仍使机器人100的COM向下移位更靠近地面12。
参考图1C，机器人100包括被构造为监视和控制机器人100的操作的控制系统140。在一些实施方式中，机器人100被构造为自主和/或半自主地操作。但是，用户也可以通过向机器人100提供命令/方向来操作机器人。在所示的示例中，控制系统140包括控制器142(例如，数据处理硬件)和存储器硬件144。控制器142可以包括其自己的存储器硬件，或者利用控制系统140的存储器硬件144。在一些示例中，控制系统140(例如，与控制器142)被构造为与致动器A(例如，后致动器AB、腿致动器AL、膝致动器AK、驱动带致动器、旋转致动器、末端执行器致动器AEE等)通信(例如，命令运动)，以使机器人100能够在环境10周围移动。控制系统140不限于所示的组件，并且可以包括附加的(例如，电源)或更少的组件，而不脱离本公开的范围。这些组件可以通过无线或有线连接进行通信，并且可以分布在机器人100的多个位置。在一些构造中，控制系统140与远程计算设备和/或用户对接。例如，控制系统140可以包括用于与机器人100通信的各种组件，诸如操纵杆、按钮、发送器/接收器、有线通信端口和/或用于从远程计算设备和/或用户接收输入的无线通信端口，并向远程计算设备和/或用户提供反馈。
控制器142对应于数据处理硬件，其可以包括一个或多个通用目的处理器、数字信号处理器和/或专用集成电路(ASIC)。在一些实施方式中，控制器142是构造为与机器人100的一个或多个子系统一起执行特定操作的专用嵌入式设备。另外或替代地，控制器142包括软件应用程序，其被编程为使用控制器142的数据处理硬件来执行用于机器人100的系统的功能。存储器硬件144与控制器142通信，并且可以包括一个或多个非暂时性计算机可读存储介质，例如易失性和/或非易失性存储组件。例如，存储器硬件144可以与彼此通信的一个或多个物理设备相关联，并且可以包括光学的、磁的、有机的或其他类型的存储器或存储装置。存储器硬件144被构造为尤其存储指令(例如，计算机可读程序指令)，该指令在由控制器142执行时使控制器142执行许多操作，例如但不限于改变机器人100的姿势P以维持平衡，操纵机器人100，检测对象，运输对象和/或在环境10内执行其他任务。在一些实施方式中，控制器142基于与传感器系统170的直接或间接交互来执行操作。
传感器系统170包括一个或多个传感器172、172a-n。传感器172可以包括视觉/图像传感器、惯性传感器(例如，惯性测量单元(IMU))和/或运动学传感器。一个或多个传感器172的一些示例包括诸如单眼相机或立体相机之类的相机、飞行时间(TOF)深度传感器、扫描光检测和测距(LIDAR)传感器或扫描激光检测和测距(LADAR)传感器。更一般地，传感器172可以包括以下中的一个或多个：力传感器、扭矩传感器、速度传感器、加速度传感器、位置传感器(线性和/或旋转位置传感器)、运动传感器、位置传感器、载荷传感器、温度传感器、压力传感器(例如，用于监视末端执行器致动器AEE)、触摸传感器、深度传感器、超声距离传感器、红外传感器和/或对象传感器。在一些示例中，传感器172具有对应的视场，该对应的视场限定了与传感器172相对应的感测范围或区域。每个传感器172可以是可枢转的和/或可旋转的，使得传感器172可以例如，改变围绕一个或多个轴(例如，相对于地面12的x轴、y轴或z轴)的视场。在一些实施方式中，机器人100的体部110包括传感器系统170，该传感器系统170具有围绕该体部的多个传感器172，以收集在围绕机器人100的所有方向上的传感器数据174。另外或可替代地，传感器系统170的一个或多个传感器172可以安装在机器人100的臂150上(例如，与安装在体部110上的一个或多个传感器172结合)。机器人100可以包括任意数量的传感器172作为传感器系统170的一部分，以便生成关于机器人100周围的环境10的传感器数据174。例如，当机器人100在环境10周围进行操纵时，传感器系统170收集机器人100的姿势数据，该姿势数据包括惯性测量数据(例如，由IMU测量的)。在一些示例中，姿势数据包括关于机器人100的移动学数据和/或取向数据。
当用传感器172调查视场时，传感器系统170生成与视场相对应的传感器数据174(也称为图像数据174)。可以将与环境10有关的由传感器系统170收集的传感器数据174(例如图像数据、姿势数据、惯性数据、运动学数据等)传送到机器人100的控制系统140(例如，控制器142和/或存储器硬件144)。在一些示例中，传感器系统170收集并存储传感器数据174(例如，在存储器硬件144或和与机器人100通信的远程资源有关的存储器硬件中)。在其他示例中，传感器系统170实时收集传感器数据174并处理传感器数据174，而不存储原始(即，未处理的)传感器数据174。还在其他示例中，控制器系统140和/或远程资源存储处理后的传感器数据174和原始传感器数据174。来自传感器172的传感器数据174可允许机器人100的系统检测和/或分析有关机器人100的条件。例如，传感器数据174可以允许控制系统140操纵机器人100，改变机器人100的姿势P和/或致动用于使机器人100的机械部件(例如，围绕机器人100的关节J)移动/旋转的各种致动器A。
示例力传感器
如上所述的，根据一些实施例的机器人包括联接到力传感器的末端执行器(例如，末端执行器160)。力传感器可以被构造为确定当对象(例如箱子20)被机器人提起时施加到机器人的一个或多个力和/或扭矩。图2描绘了根据一些实施例的三自由度力传感器200。力传感器200包括第一板202和第二板204。第一板和第二板可以具有任何合适的形状，并且可以由任何合适的一种或多种材料构成，因为本公开不限于此。力传感器200包括多个载荷单元206，例如设置在第一板202和第二板204之间的单轴载荷单元。载荷单元206中的每个沿单轴(图2中的Z轴)取向。在一些实施例中，力传感器200包括至少三个单轴载荷单元206，其被构造为测量沿它们的单轴的力。
在一些实施例中，力传感器200另外包括多个约束关节208、210，其被布置成抑制力传感器200的两个板202和204的一个或多个自由度。例如，约束关节S可以被构造为抑制第一板202相对于第二板204在垂直于该载荷单元的单轴的一个或多个方向(例如，图2中所示的X和Y方向)上的平移，并抑制第一板202相对于第二板204绕载荷单元的单轴(例如，Z轴)的旋转。在一些实施例中，多个约束关节可以包括至少一个球形约束部。然而，约束至少一个平移和/或旋转自由度的任何合适的约束关节都是合适的，并且本公开不限于此。在图2的实施例中，力传感器200包括球形约束部208。在一些实施例中，球形约束部208可以设置在相对于载荷单元206的中心点处。在一些实施例中，球形约束部208可以设置在载荷单元206的质心处。在一些实施例中，可以将载荷单元206的质心理解为XY平面内(即，在垂直于该载荷单元206的感测轴的平面内)的载荷单元206的质心。然而，考虑到了球形约束部相对于载荷单元的其他位置，并且本公开不限于此。球形约束部208可以抑制第一板202相对于第二板104的平移，但是可以允许第一板相对于第二板的旋转。在图2的实施例中，第二约束关节210包括在力传感器200中，其约束第一板202相对于第二板204绕其中载荷单元206被取向的轴(例如，Z轴)的旋转。
在不希望受理论束缚的情况下，至少三个单轴载荷单元可用于解决施加的载荷(例如，箱子被基于真空的抓取器212提起)的三个自由度。在图2的实施例中，力传感器200包括四个载荷单元206，这四个载荷单元中的每个设置在力传感器200的拐角处或附近。尽管仅可以需要三个单轴载荷单元来解决三个自由度，但是在力传感器的一些实施例中，包括四个载荷单元可以与涉及易于包装、对称、传感器冗余等的某些益处相关联。部分归因于载荷单元206和约束关节208、210的布置，沿X和Y方向的平移受到约束，绕Z轴的旋转也受到约束。因此，力传感器200可以被构造为除了绕X和Y轴的力矩之外还感测沿Z轴的力。例如，沿Z轴在力传感器200上的总力可以通过将由载荷单元206中的每个测量的各个力相加来计算。绕X轴或Y轴的力矩可以通过对每个载荷单元206处的力矩求和来计算，其可以被计算为由载荷单元206测量的力和沿相关轴的载荷单元206的力矩臂的矢量乘积。
在一些实施例中，载荷单元206可以通过球形约束部214联接到第一板202和第二板204。图3示出了一个这样的实施例，其示出了通过图2的力传感器200的载荷单元206的前横截面图。例如，载荷单元206的第一端可以联接到第一球形约束部214，第一球形约束部214又可以联接到第一板202。载荷单元206的与该载荷单元的第一端相反的第二端可以联接到第二球形约束部214，该第二球形约束部又可以联接到第二板204。在这样的构造中，载荷单元206可以沿X和Y轴在运动学上不受约束地，并且沿Z轴在运动学上受约束。在一些实施例中，载荷单元可以通过单向约束部联接到第一板和/或第二板。例如，可以使用球对板接触将载荷单元联接到板。在一些实施例中，载荷单元可以被构造为测量压缩力和拉力。
图4A-4C示意性地示出了根据一些实施例的多自由度力传感器300的另一实施例。如所示的，图4A-4C的力传感器300包括许多与图2的力传感器200相同的部件，尽管载荷单元和约束关节的构造不同，如下所解释的。
图4A是力传感器300的示意性顶视图。力传感器300包括板310和多个载荷单元301-306。图4B描绘了与载荷单元301-306相关联的运动自由度，以及图4C描绘了与载荷单元301-306相关联的载荷感测轴。对于图4B和4C中的每个，运动学自由度(图4B)和/或与X轴或Y轴对准的载荷感测轴(图4C)分别用水平或竖直双头箭头指示。运动学自由度(图4B)和/或与Z轴对准的载荷感测轴(图4C)(图中未示出，但应理解为与X和Y轴相互垂直)用圆圈内的十字指示。
在图4A-4C的实施例中，力传感器300包括在板310的每个拐角处或附近的单轴载荷单元。单轴载荷单元301-304构造为感测与轴310对准的力，并且沿着X轴和Y轴在运动学上受到约束。附加的单轴载荷单元305被构造为感测与Y轴对准的力，并且沿X和Z轴在运动学上受到约束。Y轴载荷单元305设置在由Z轴载荷单元301-304限定的多边形的周边内。然而，应当理解，可以设想到Y轴载荷单元305的其他合适的位置，并且本公开不限于此。另外，应当理解，如果附加的单轴载荷单元305被替代地构造为感测与X轴对准的力，并且沿Y和Z轴在运动学上受到约束，则力传感器300的功能性可能不被根本上改变。另外，一些实施例包括双轴力传感器306，该双轴力传感器306被构造为在沿Z轴运动学上受约束的同时感测在X-Y平面中的力。如所示的，双轴载荷单元306设置在由Z轴载荷单元301-304限定的多边形的周边内。然而，应当理解，双轴载荷单元306的其他合适的位置也设想到，并且本公开不限于此。利用载荷单元301-306的该特定布置，力传感器300可以被构造为感测六个自由度，包括沿着X、Y和Z轴的力以及围绕X、Y和Z轴的力矩。
应当理解，图4A-4C中所示的载荷单元的具体布置仅仅是与力传感器300的所描述功能性相关联的载荷单元的多个合适布置之一。发明人已经设想了除了在图4A-4C中具体描述的布置之外的与力传感器300的相似和/或类似功能性相关联的载荷单元的布置，并且本公开不限于附图中描绘的特定布置。
此外，移除一些载荷单元的载荷感测能力但保留相关的运动学约束可以与被构造为感测少于六个自由度的力传感器相关联(例如，其示例被示为图2中的三个自由度载荷传感器，但这可能会降低成本(例如，由于减少了载荷单元的数量)。
例如，在第一替代构造中，可以移除载荷单元305和306，但是可以保持它们相关联的运动学约束。所得力传感器可以构造为测量沿Z轴的力以及围绕X和Y轴的力矩。这样，第一替代构造的力传感器可以被描述为弯曲/轴向力传感器。尽管约束关节的构造略有不同，但这样的第一替代构造可具有与关于图2描述的力传感器200的构造类似的构造和功能。
在第二替代构造中，可以移除载荷单元301-304，但是可以保持它们相关联的运动学约束。所得力传感器可以构造为测量沿X和Y轴的力以及围绕Z轴的力矩。这样，第二替代构造的力传感器可以被描述为剪切/扭矩传感器。
表1总结了针对上述构造中的每个的与每个载荷单元301-306关联的载荷感测轴和运动学约束轴。请注意，主要构造表示为“构造#1”，第一替代构造表示为“构造#2”，以及第二替代构造表示为“构造#3”。
Figure BDA0002841119900000161
表1
可以使用多个单轴(或双轴)载荷单元和多个运动学约束的框架来构造力传感器的其他替代构造(其中，载荷单元本身可以施加所有运动学约束，和/或其中，除了由载荷单元施加的运动学约束之外，还存在其他运动学约束)。图4A-4C的力传感器300可以被构造为感测六个自由度(即，沿着三个轴的力和围绕三个轴的力矩)，而上述两个替代构造中的每个可以被构造为感测三个自由度(例如，在第一替代构造的情况下，沿一个轴的力和绕两个轴的力矩，或在第二替代实施例的情况下，沿两个轴的力和绕一个轴的力矩)。本领域技术人员将理解，可以采用单轴(或双轴)载荷单元和运动学约束的不同布置来构造任何合适数量和方向性的自由度的力传感器。例如，多个单轴(或双轴)载荷单元和多个运动学约束可用于构造2自由度、3自由度、4自由度、5自由度或6自由度力传感器。本公开不限于载荷单元的数量和/或布置，每个载荷单元的感测轴的数量和/或方向性，每个载荷单元的运动学自由度的数量和/或方向性，和/或力传感器的自由度的数量和/或方向性。
在一些实施例中，力传感器(例如，力传感器200或力传感器300，或任何合适的替代方案)可包括在机器人系统(例如，图1A-C中所示的机器人系统)的一部分肢体(例如，附接到其的臂或末端执行器)中。例如，力传感器可以设置在机器人肢体的远端附近，并且可以连接到末端执行器(例如，末端执行器160)。这样的力传感器可以用于测量机器人肢体和由末端执行器抓握的对象之间的力和/或力矩。例如，力传感器200可以包括联接到第二板204的多个真空杯组件212，如图2所示。真空杯组件212可以用来抓握诸如箱子(例如箱子20)的对象。力传感器200可以被用来测量当机器人肢体使箱子沿着轨迹移动时，由箱子施加到机器人肢体的力和/或力矩。
应当理解，力传感器也可以与机器人的其他部分结合使用以感测施加到机器人的力，并且本公开不限于此。例如，力传感器可以设置在机器人腿的脚踝关节处，并且可以用于测量随着机器人系统的移动而从脚传递到机器人系统的其余部分的力和/或力矩。
由力传感器测量的一个或多个力和/或力矩可以例如由控制器(例如，控制系统140的控制器142)使用，以至少部分基于感测到的施加到机器人的力和/或力矩来调节机器人的一个或多个部件的操作以更改其行为。例如，如果力传感器检测到由末端执行器提起的载荷很重，则可以减小末端执行器所附接到的臂的速度和/或加速度，以减少载荷可能掉落的可能性和/或减少机器人不安全操作状态的可能性。作为另一个示例，可以基于在末端执行器处感测到的载荷来调节臂的轨迹。
应当理解，尽管在此使用术语“力传感器”，但是本公开中描述的传感器可以被构造为感测任何合适数量的轴上的力和/或扭矩，并且本公开不限于仅感测力而不感测扭矩的传感器。术语“力传感器”在在此中仅出于方便和可读性的目的而使用，并且不应被解释为限制性的。另外，术语“力矩”和“扭矩”在在此中可互换使用。
在此描述和/或示出的计算设备和系统广泛地表示能够执行计算机可读指令(诸如在在此描述的模块内包含的那些)的任何类型或形式的计算设备或系统。在它们的最基本构造中，这些计算设备可以各自包括至少一个存储器设备和至少一个物理处理器。
在一些示例中，术语“存储器设备”通常是指能够存储数据和/或计算机可读指令的任何类型或形式的易失性或非易失性存储设备或介质。在一个示例中，存储器设备可以存储，加载和/或维护在此描述的一个或多个模块。存储器设备的示例包括但不限于随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、闪存、硬盘驱动器(HDD)、固态驱动器(SSD)、光盘驱动器、缓存、及其一个或多个的变体或组合，或任何其他合适的存储存储器。
在一些示例中，术语“物理处理器”通常是指能够解释和/或执行计算机可读指令的任何类型或形式的硬件实现的处理单元。在一个示例中，物理处理器可以访问和/或修改存储在上述存储器设备中的一个或多个模块。物理处理器的示例包括但不限于微处理器、微控制器、中央处理器(CPU)、实现软核处理器的现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、及其一个或多个的部分、及其一个或多个的变体或组合，或任何其他合适的物理处理器。
尽管示出为单独的元件，但是在此描述和/或示出的模块可以表示单个模块或应用的部分。另外，在某些实施例中，这些模块中的一个或多个可以表示一个或多个软件应用程序或程序，当它们由计算设备执行时，可以使计算设备执行一个或多个任务。例如，在此描述和/或示出的一个或多个模块可以表示存储和构造为在在此描述和/或示出的一个或多个计算设备或系统上运行的模块。这些模块中的一个或多个还可以表示构造为执行一项或多项任务的一台或多台专用计算机的全部或部分。
另外，在此描述的一个或多个模块可以将数据、物理设备和/或物理设备的表示从一种形式转换成另一种形式。另外地或可替代地，通过在计算设备上执行，将数据存储在计算设备上和/或以其他方式与计算设备进行交互，在此所述中的一个或多个模块可以将处理器、易失性存储器、非易失性存储器和/或物理计算设备的任何其他部分从一种形式转换为另一种形式。
上述实施例可以以多种方式中的任何一种来实现。例如，可以使用硬件、软件或其组合来实施实施例。当以软件实施时，软件代码可以在任何合适的处理器或处理器集合上执行，无论是提供在单台计算机中还是分布在多台计算机中。应当理解，执行上述功能的任何部件或部件的集合都可以被一般地视为控制上述功能的一个或多个控制器。可以以多种方式，例如通过专用硬件或通过利用微码或软件编程以执行上述功能的一个或多个处理器，来实现一个或多个控制器。
在这方面，应当理解，机器人的实施例可以包括至少一种用计算机程序(即，多个指令)编码的非暂时性计算机可读存储介质(例如，计算机存储器、便携式存储器、光盘等)，其当在处理器上执行时执行上述功能中的一个或多个。这些功能例如可以包括控制机器人和/或驱动机器人的轮或臂。该计算机可读存储介质可以是可移动的，使得可以将存储在其上的程序加载到任何计算机资源上，以实现在此讨论的本发明的各方面。另外，应当理解，对在被执行时执行上述功能的计算机程序的引用不限于在主计算机上运行的应用程序。相反，术语计算机程序在一般意义上在在此中用于指代可用于对处理器进行编程以实现本发明的以上讨论的方面的任何类型的计算机代码(例如，软件或微码)。
本发明的各个方面可以单独使用，组合使用或以在前述实施例中未具体讨论的各种布置使用，因此本发明的各个方面不限于它们应用于在前面的描述阐述的或在附图中示出的部件集的细节和布置。例如，一个实施例中描述的方面可以以任何方式与其他实施例中描述的方面组合。
此外，本发明的实施例可以被实现为一种或多种方法，其中已经提供了示例。可以以任何合适的方式对作为方法的一部分执行的动作进行排序。因此，可以构造这样的实施例，其中以与所示出的顺序不同的顺序来执行动作，其也可以包括同时执行一些动作，即使在说明性实施例中被示为顺序动作。
在本申请中使用诸如“第一”、“第二”、“第三”之类的序数术语来修改其中的元件本身并不表示一个元件相对于另一个元件具有任何优先权、优先级或次序或执行方法的动作的时间顺序。这样的术语仅用作标记，以将具有特定名称的一个元件与具有相同名称的另一个元件区别开(但为了使用序数术语)。
这里使用的措词和术语是出于描述的目的，并且不应被认为是限制性的。“包括”、“包含”、“具有”、“含有”，“涉及”及其变体的使用意在涵盖其后列出的项目和其他项目。
已经详细描述了本发明的几个实施例，本领域技术人员将容易想到各种修改和改进。这样的修改和改进旨在落入本发明的精神和范围内。因此，前面的描述仅是示例性的，而无意作为限制性的。

Claims (29)

1.一种载荷传感器，包括：
第一板和第二板；
多个单轴载荷单元，该多个单轴载荷单元包括第一、第二和第三单轴载荷单元，其中，第一、第二和第三单轴载荷单元中的每个都被设置在第一板和第二板之间并沿着第一轴取向；和
多个约束关节，该多个约束关节被联接到第一板和第二板，该多个约束关节被构造为抑制第一板相对于第二板在垂直于第一轴的方向上的平移并构造为抑制第一板相对于第二板绕第一轴的旋转。
2.根据权利要求1所述的载荷传感器，其中，多个约束关节包括至少一个球形约束部。
3.根据权利要求2所述的载荷传感器，其中，至少一个球形约束部设置在多个单轴载荷单元的质心处。
4.根据权利要求1所述的载荷传感器，其中，多个单轴载荷单元还包括第四单轴载荷单元，其中，第四单轴载荷单元设置在第一板和第二板之间并且沿着第一轴取向。
5.根据权利要求4所述的载荷传感器，其中，多个单轴载荷单元中的每个设置在第一板的拐角处。
6.根据权利要求1所述的载荷传感器，其中，多个单轴载荷单元中的每个设置在第一板的拐角处。
7.根据权利要求1所述的载荷传感器，其中，多个单轴载荷单元被构造为测量沿着第一轴的力。
8.根据权利要求1所述的载荷传感器，还包括：
输出接口，该输出接口被构造为将从多个单轴载荷单元输出的信号提供到处理器，其中，处理器被构造为计算绕第二轴和第三轴的力矩，其中第二轴和第三轴每个都垂直于第一轴，以及其中第二轴垂直于第三轴。
9.根据权利要求1所述的载荷传感器，其中，多个单轴载荷单元中的每个都通过球形约束部而联接到第一板和第二板。
10.根据权利要求1所述的载荷传感器，其中，多个单轴载荷单元中的每个都通过单向约束部联接到第一板和第二板。
11.根据权利要求1所述的载荷传感器，其中，多个单轴载荷单元中的每个被构造为测量沿第一轴的压缩力和拉力。
12.根据权利要求4所述的载荷传感器，其中，多个单轴载荷单元还包括沿着垂直于第一轴的第二轴取向的第五单轴载荷单元。
13.根据权利要求12所述的载荷传感器，还包括沿第二轴和第三轴取向的双轴载荷单元，其中第三轴垂直于第一轴和第二轴二者。
14.根据权利要求13所述的载荷传感器，其中，多个约束关节中的每个与多个单轴载荷单元和/或双轴载荷单元中的至少一个共同定位。
15.一种用于确定施加到机器人的一部分上的一个或多个力/扭矩的方法，该方法包括：
通过多个单轴载荷单元感测施加到机器人的该一部分的力，该多个单轴载荷单元包括沿着第一轴取向并设置在第一板和第二板之间的第一、第二和第三单轴载荷单元，其中第一板和第二板受到设置在第一板和第二板之间的多个约束关节的约束，其中多个约束关节被构造为抑制在第一板和第二板之间在垂直于第一轴的方向上的相对平移并被构造为抑制在第一板和第二板之间绕第一轴的相对旋转；
基于多个单轴载荷单元的所感测到的输出来确定沿着第一轴的力；
基于多个单轴载荷单元的所感测到的输出来确定绕第二轴和第三轴的力矩，其中第二和第三轴每个都垂直于第一轴，以及其中第二轴垂直于第三轴；和
至少部分地基于所确定的力和力矩来调节机器人的操作。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，多个单轴载荷单元还包括第四单轴载荷单元，其中第四单轴载荷单元设置在第一板和第二板之间并沿第一轴取向，其中确定沿第一轴的力包括至少部分地基于第四单轴载荷单元的所感测到的输出来确定沿第一轴的力，以及其中确定绕第二轴和第三轴的力矩包括至少部分地基于第四单轴载荷单元的所感测到的输出来确定绕第二轴和第三轴的力矩。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，多个单轴载荷单元还包括沿着第二轴取向的第五单轴载荷单元，其中该方法还包括基于多个单轴载荷单元的所感测到的输出来确定沿着第二轴的力。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括基于多个单轴载荷单元的所感测到的输出和/或沿着第二轴和第三轴取向的双轴载荷单元的所感测到的输出，确定沿着第二轴和第三轴的力。
19.根据权利要求18所述的方法，还包括基于多个单轴载荷单元的所感测到的输出和/或双轴载荷单元的所感测到的输出，确定绕第一轴的力矩。
20.根据权利要求15所述的方法，其中，调节机器人的操作包括调节机器人的加速度。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，调节机器人的加速度包括限制机器人的该部分的最大加速度。
22.根据权利要求15所述的方法，其中，调节机器人的操作包括调节机器人的轨迹。
23.一种机器人，包括：
至少一个可移动肢体；和
载荷传感器，该载荷传感器联接到该至少一个可移动肢体，其中载荷传感器包括：
第一板和第二板；
多个单轴载荷单元，该多个单轴载荷单元包括第一、第二和第三单轴载荷单元，其中，第一、第二和第三单轴载荷单元中的每个都被设置在第一板和第二板之间并沿着第一轴取向；和
多个约束关节，该多个约束关节被联接到第一板和第二板，该多个约束关节构造为抑制第一板相对于第二板在垂直于第一轴的方向上的平移并构造为抑制第一板相对于第二板绕第一轴的旋转。
24.根据权利要求23所述的机器人，其中，至少一个可移动肢体包括操纵器臂。
25.根据权利要求24所述的机器人，其中，操纵器臂包括末端执行器，以及其中载荷传感器联接到末端执行器。
26.根据权利要求23所述的机器人，还包括构造为接收从载荷传感器输出的信号的处理器。
27.根据权利要求26所述的机器人，其中，处理器被构造为至少部分地基于所接收的信号来调节机器人的操作。
28.根据权利要求27所述的机器人，其中，处理器被构造为至少部分地基于所接收的信号来限制至少一个可移动肢体的加速度。
29.根据权利要求27所述的机器人，其中，处理器被构造为至少部分地基于所接收的信号来调节至少一个可移动肢体的轨迹。
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