CN114414113A - 六维力传感器过载保护装置和具有其的设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种六维力传感器过载保护装置和具有其的机器人，所述六维力传感器过载保护装置包括盖板、测量板和多个限位件，盖板具有多个限位孔，内圈测量板连接在盖板的底面上，测量板包括外圈测量板、内圈测量板和多个形变梁，外圈测量板环绕在内圈测量板的外周，外圈测量板的顶面与盖板的底面之间具有第一间隙，多个形变梁连接在内圈测量板和外圈测量板之间，每个限位件第一端穿过对应的限位孔并与外圈测量板连接，限位件的外周面与对应的限位孔的内周面之间具有环形的第三间隙，且限位件的第二端与盖板的顶面之间具有第二间隙。本发明的六维力传感器过载保护装置能够有效地在六个自由度上对传感器起到过载保护的作用。

Description

六维力传感器过载保护装置和具有其的设备

技术领域

本发明涉及六维传感器技术领域，具体地，涉及一种六维力传感器过载保护装置和具有其的设备。

背景技术

机器人的末端通常安装六维力传感器来实时测量运动过程中受到的力和力矩，但是机器人在使用过程中难免会遇到过载意外，从而对传感器造成冲击，相关技术中设置了传感器过载保护装置，以避免传感器在冲击状态下受损，但相关技术中的过载保护装置不能在多个自由度上起到过载保护的作用，形变梁容易发生塑性变形，导致传感器损坏。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的实施例提出一种六维力传感器过载保护装置，该六维力传感器过载保护装置能够在不降低传感器测量灵敏度的前提下有效地对其六个自由度起到过载保护的效果。

本发明的实施例还提出一种设备。

根据本发明实施例的六维力传感器过载保护装置包括：盖板，所述盖板具有多个沿其周向间隔布置并沿所述盖板的厚度方向贯穿所述盖板的限位孔；测量板，所述测量板包括内圈测量板、外圈测量板和多个形变梁，所述内圈测量板与所述盖板的底面连接，，所述外圈测量板环绕在所述内圈测量板的外周并与所述内圈测量板间隔开，所述外圈测量板的顶面与所述盖板的底面之间具有第一间隙，多个所述形变梁沿所述外圈测量板的周向间隔布置并连接在所述内圈测量板和所述外圈测量板之间，且所述形变梁与所述盖板在所述盖板的厚度方向上间隔开；多个限位件，多个所述限位件与多个所述限位孔相对应，每个所述限位件第一端穿过对应的所述限位孔并与所述外圈测量板连接，所述限位件的外周面与对应的所述限位孔的内周面之间具有环形的第三间隙，且所述限位件的第二端与所述盖板的顶面之间具有第二间隙，

所述内圈测量板受Mx方向的力矩和My方向的力矩中的一个时，所述外圈测量板转过第一间隙或第二间隙的行程时，所述外圈测量板的受压侧与所述盖板底面止抵，连接在所述外圈测量板的受拉侧的所述限位件的第二端与所述盖板的顶面止抵，所述内圈测量板受Fz方向的力时，所述外圈测量板相对所述盖板移动第一间隙或第二间隙的行程时，所述外圈测量板的顶面与所述盖板的底面止抵，或所述盖板的顶面与所述限位件的第二端止抵，所述内圈测量板受Fx方向的力和Fy方向的力中的一个时，所述外圈测量板相对所述盖体移动第三间隙的行程时，所述所述限位件的外周面与对应的所述限为孔的内周面止抵，所述内圈测量板受Mz方向的力矩时所述外圈测量板转过第三间隙的行程后，所述限位件的外周面与对应的所述限为孔的内周面止抵。

根据本发明实施例的六维力传感器过载保护装置，通过在盖板上设置多个沿盖板的周向间隔布置的限位孔，并设置多个穿过限位孔并与外圈测量板连接的限位件，且限位件的外周面与限位孔的内周面之间具有间隙，限位件的上端与盖板的顶面之间具有间隙，可以在盖板受到Mx方向的力矩、My方向的力矩、Fz方向的力中的任意一个时，利用限位件与盖板的顶面的止挡，防止形变梁过度变形，在盖板受到Mz方向的力矩、Fx或Fy方向的力时，利用限位件与限位孔内壁的止挡，防止形变梁过度变形，从而即可以实现过载保护装置在六个自由度上的过载保护功能，又可以在不降低测量灵敏度的前提下避免形变梁损坏。

在一些实施例中，所述盖板包括盖体，所述盖体的中心位置处向下凸出形成连接部，所述盖体的外周边缘向下延伸形成外环部。

在一些实施例中，所述连接部与所述外环部之间具有设有多个加强板，多个所述加强板在所述连接部的周向上间隔布置。

在一些实施例中，所述外环部具有朝向所述外圈测量板凸出的环形凸柱，所述限位孔沿上下方向贯穿所述凸柱和所述外环部。

在一些实施例中，所述限位件包括限位套筒和限位螺栓，所述限位套筒穿设于所述限位孔内且所述限位套筒的两端均伸出所述限位孔，所述限位套筒的下端与所述外圈测量板接触，所述限位螺栓的下端穿过所述限位套筒并与所述外圈测量板连接，所述限位螺栓的上端止抵所述限位套筒的上端。

在一些实施例中，所述限位套筒包括筒体和限位凸环，所述限位凸环环设在所述筒体的上端，所述限位凸环的截面积大于所述限位孔的截面积，所述限位凸环的底面与所述盖板的顶面之间形成所述第二间隙。

根据本发明实施例的设备包括上述任一项所述的六维力传感器过载保护装置。

根据本发明实施例的设备，通过采用上述六维力传感器过载保护装置，设备运行精度高，使用寿命长。

附图说明

图1是根据本发明实施例的六维力传感器过载保护装置的结构示意图。

图2是根据本发明实施例的六维力传感器过载保护装置的工作原理示意图。

附图标记：

六维力传感器过载保护装置1；

盖板10；连接部101；外环部102；凸柱103；限位孔104；盖体105；

内圈测量板20；

外圈测量板30；

形变梁40；

限位件50；限位螺栓501；限位套筒502。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1-图2所示，根据本发明实施例的六维传感器过载保护装置1包括盖板10、测量板和多个限位件50，测量板包括内圈测量板20、外圈测量板30和连接在内圈测量板20和外圈测量板30之间的多个形变梁40。需要说明的是，本申请的六维传感器常用于机器人的末端，通过形变梁40的形变量可以实时测量运动过程中受到的力和力矩。

盖板10具有多个沿其周向间隔布置并沿盖板10的厚度方向贯穿盖板10的限位孔104。具体地，如图1所示，多个限位孔104沿上下防线贯穿盖板10，且多个限位孔104均邻近盖板10的外周边缘布置。

内圈测量板20与盖板10的底面连接。如图1所示，内圈测量板20连接在盖板10的底面上并位于盖板10的中心位置处，螺钉穿过盖板10并与内圈测量板20连接。换言之，内圈测量板20和盖板10可以视为一个整体，盖板10受到的力或力矩可以直接传递至内圈测量板20上。

外圈测量板30环绕在内圈测量板20的外周并与内圈测量板20间隔开，外圈测量板30的顶面与盖板10的底面之间具有第一间隙δ1，多个形变梁40沿外圈测量板30的周向间隔布置并连接在内圈测量板20和外圈测量板30之间，且形变梁40与盖板10在上下方向上间隔开。

如图1所示，外圈测量板30为环形板，内圈测量板20位于外圈测量板30围成的通孔的中心位置处，形变梁40的内端与内圈测量板20相接，形变梁40的外端与外圈测量板30相接，内圈测量板20受到的力和力矩沿形变梁40、外圈测量板30传动，即内圈测量板20通过形变梁40带动外圈测量板30运动。

需要说明的是，形变梁40具有可形变性，盖板10受力并沿内圈测量板20、形变梁40传递至外圈测量板30，随着外圈测量板30相对盖板10的移动，形变梁40会发生形变，该形变过程会在外圈测量板30与盖板10接触后停止，具体可以理解为，当外圈测量板30与盖板10接触后，盖板10会阻止外圈测量板30继续运动，即形变梁40不再因传递力而发生形变。

另外多个形变梁40相对内圈测量板20成对称分布结构，从而使对称位置的形变梁40的极限应变一致。

多个限位件50与多个限位孔104相对应，每个限位件50第一端(图1中限位件50的上端)穿过对应的限位孔104并与外圈测量板30连接，限位件50的外周面与对应的限位孔104的内周面之间具有环形的第三间隙δ3，且限位件50的第二端(图1中限位件50的下端)与盖板10的顶面之间具有第二间隙δ2。

具体地，如图1所示，限位件50穿设在限位孔104内且限位件50的下端伸出限位孔104并伸入外圈测量板30内，限位件50的上端伸出限位孔104且限位件50的上端具有止位部，止位部与盖板10的顶面形成第二间隙δ2。换言之，限位件50位于限位孔104内的部分的截面积小于限位孔104的截面积，以在限位件50的外周面与限位孔104的内周面之间形成环形间隔，止位部的截面积大于限位孔104的截面积，以使止位部能够与盖板10止挡。

进一步地，内圈测量板20受到不同方向的力和力矩时，盖板10对外圈测量板30的止挡方式不同，具体地，如图1和图2所示，内圈测量板20受Mx方向的力矩或My方向的力矩时，外圈测量板30转过第一间隙δ1或第二间隙δ2的行程后，外圈测量板30的靠近盖板10的一侧(受压侧)顶面与盖板10底面止抵(如图2中的(a))，连接在外圈测量板30的远离盖板10的一侧(受拉侧)的限位件50的上端与盖板10的顶面止抵(如图2中的(b))。可以理解的是，此时盖板10的一侧止抵外圈测量板30以阻止受压侧的外圈测量板30继续移动，盖板10的另一侧与限位件50的止位部止抵以阻止受拉侧的外圈测量板30继续移动。

进一步地，内圈测量板20受Fz方向的力时，外圈测量板30相对盖板10向靠近盖板10或远离盖板10运动第一间隙δ1或第二间隙δ2的行程后，外圈测两板30的顶面与盖板10的底面止挡，或盖板10的顶面与限位件50的第二端止挡。

再如图1所示，内圈测量板20受Mz方向的力矩、Fx方向的力或Fy方向的力时，外圈测量板30运动第三间隙δ3的行程后，限位件50的外周面与对应的限位孔104的内周面止抵，以阻止外圈测量板30继续移动。可以理解的是，本申请的六维力传感器过载保护装置1可以在六个自由度上均起到过载保护的作用。

根据本发明实施例的六维力传感器过载保护装置，通过在盖板上设置多个沿盖板的周向间隔布置的限位孔，并设置多个穿过限位孔并与外圈测量板连接的限位件，且限位件的外周面与限位孔的内周面之间具有间隙，限位件的上端与盖板的顶面之间具有间隙，可以在盖板受到Mx方向的力矩、My方向的力矩或Fz方向的力时，利用限位件与盖板的顶面的止挡或盖板的底面与外圈测量板的顶面的止挡，防止形变梁过度变形，在盖板受到Mz方向的力矩、Fx或Fy方向的力时，利用限位件与限位孔内壁的止挡，防止形变梁过度变形，从而即可以实现过载保护装置在六个自由度上的过载保护功能，又可以在不降低测量灵敏度的前提下避免形变梁损坏。

进一步地，如图1所示，盖板10包括盖体105，盖体105的中心位置处向下凸出形成连接部101，盖体10的外周边缘向下延伸形成外环部102，连接部101与内圈测量板20相对并连接，外环部102与外圈测量板20相对并间隔开，限位孔104贯穿外环部102。

具体地，如图1所示，连接部101与内圈测量板20在上下方向上相对并通过螺钉连接，外环部102与外圈测量板30在上下方向上相对，多个限位孔104沿外环部102的周向间隔布置。可以理解的是，盖板10受到的力和力矩通过连接部101传递至内圈测量板20。

进一步地，如图1所示，连接部101与外环部102之间设有多个加强板，多个加强板在连接部101的周向上间隔布置以提高盖板10的结构强度。

进一步地，如图1所示，外环部102具有朝向外圈测量板30凸出的环形凸柱103，限位孔104沿上下方向贯穿凸柱103和外环部102。由此，限位孔104的内周面与限位件50的外周面具有较大的止挡面积，以提高限位孔104与限位件50限位配合的可靠性。

在一些实施例中，如图1所示，限位件50包括限位套筒502和限位螺栓501，限位套筒502穿设于限位孔104内且限位套筒502的两端均伸出限位孔104，限位套筒502的下端与外圈测量板30接触，限位螺栓501的下端穿过限位套筒502并与外圈测量板30连接，限位螺栓501的上端止抵限位套筒502的上端。

具体地，限位套筒502包括筒体和限位凸环(止位部)，限位凸环环设在筒体的上端，限位凸环的截面积大于限位孔104的截面积，限位凸环的底面与盖板10的顶面之间形成第二间隙δ2。可以理解的是，限位螺栓501的螺帽可以将限位套筒502压紧在限位螺栓501与外圈测量板30之间，以使限位凸环能够止挡盖板10。另外，限位套筒502的壁厚可调节，以调节第三间隙δ3的尺寸，从而控制过载保护的载荷界限。

根据本发明实施例的设备包括上述实施例的六维力传感器过载保护装置1。

根据本发明实施例的设备，通过采用上述六维力传感器过载保护装置，设备运行精度高，使用寿命长。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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装置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。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.一种六维力传感器过载保护装置，其特征在于，包括：

盖板，所述盖板具有多个沿其周向间隔布置并沿所述盖板的厚度方向贯穿所述盖板的限位孔；

测量板，所述测量板包括内圈测量板、外圈测量板和多个形变梁，所述内圈测量板与所述盖板的底面连接，所述外圈测量板环绕在所述内圈测量板的外周并与所述内圈测量板间隔开，所述外圈测量板的顶面与所述盖板的底面之间具有第一间隙，多个所述形变梁沿所述外圈测量板的周向间隔布置并连接在所述内圈测量板和所述外圈测量板之间，且所述形变梁与所述盖板在所述盖板的厚度方向上间隔开；

多个限位件，多个所述限位件与多个所述限位孔相对应，每个所述限位件第一端穿过对应的所述限位孔并与所述外圈测量板连接，所述限位件的外周面与对应的所述限位孔的内周面之间具有环形的第三间隙，且所述限位件的第二端与所述盖板的顶面之间具有第二间隙，

所述内圈测量板受Mx方向的力矩和My方向的力矩中的一个时，所述外圈测量板转过第一间隙或第二间隙的行程时，所述外圈测量板的受压侧与所述盖板底面止抵，连接在所述外圈测量板的受拉侧的所述限位件的第二端与所述盖板的顶面止抵，

所述内圈测量板受Fz方向的力时，所述外圈测量板相对所述盖板移动第一间隙或第二间隙的行程时，所述外圈测量板的顶面与所述盖板的底面止抵，或所述盖板的顶面与所述限位件的第二端止抵，

所述内圈测量板受Mz方向的力矩、Fx方向的力和Fy方向的力中的一个时，所述外圈测量板相对所述盖体移动第三间隙的行程时，所述限位件的外周面与对应的所述限为孔的内周面止抵。

2.根据权利要求1所述的六维力传感器过载保护装置，其特征在于，所述盖板包括盖体，所述盖体的中心位置处向下凸出形成连接部，所述盖体的外周边缘向下延伸形成外环部，

所述连接部与所述内圈测量板相对并连接，所述外环部与所述外圈测量板相对并间隔开，所述限位孔贯穿所述外环部。

3.根据权利要求2所述的六维力传感器过载保护装置，其特征在于，所述连接部与所述外环部之间具有设有多个加强板，多个所述加强板在所述连接部的周向上间隔布置。

4.根据权利要求2所述的六维力传感器过载保护装置，其特征在于，所述外环部具有朝向所述外圈测量板凸出的环形凸柱，所述限位孔沿上下方向贯穿所述凸柱和所述外环部。

5.根据权利要求4所述的六维力传感器过载保护装置，其特征在于，所述限位件包括限位套筒和限位螺栓，所述限位套筒穿设于所述限位孔内且所述限位套筒的两端均伸出所述限位孔，所述限位套筒的下端与所述外圈测量板接触，所述限位螺栓的下端穿过所述限位套筒并与所述外圈测量板连接，所述限位螺栓的上端止抵所述限位套筒的上端。

6.根据权利要求5所述的六维力传感器过载保护装置，其特征在于，所述限位套筒包括筒体和限位凸环，所述限位凸环环设在所述筒体的上端，所述限位凸环的截面积大于所述限位孔的截面积，所述限位凸环的底面与所述盖板的顶面之间形成所述第二间隙。

7.一种设备，其特征在于，包括根据权利要求1-6中任一项所述的六维力传感器过载保护装置。

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