CN116324361A - 扭矩传感器元件和扭矩传感器 - Google Patents

Abstract

描述了一种用于测量施加到关节的扭矩的扭矩传感器元件。扭矩传感器元件包括：外框架和内框架，分别连接到关节的第一侧和第二侧；以及将外框架连接到内框架的柔顺装置。该柔顺装置包括：第一和第二构件，每个构件在外框架和内框架之间延伸并连接外框架和内框架，并且每个构件是弹性的和可变形的，以响应于施加的扭矩允许外框架和内框架之间的一些相对旋转。连接结构在第一和第二构件之间延伸，并且包括第一部分，第一部分位于第一和第二构件之间，该第一部分构造成响应于第一和/或第二构件的变形而移动由施加到关节上的扭矩引起的外框架和内框架之间的相对旋转程度确定的量。

Description

扭矩传感器元件和扭矩传感器

技术领域

本发明涉及一种用于测量关节中的扭矩的扭矩传感器元件。本发明还涉及一种包括扭矩传感器元件的扭矩传感器，特别是但不排他地，用于测量机器人设备的关节中的扭矩。

背景技术

某些种类的机器人具有一个或多个具有末端执行器的铰接臂，末端执行器也可以被称为机械手，用于执行某些任务。机器人通常包括主体和将末端执行器连接到主体的多个机械链接。机械链接通常通过一个或多个可旋转关节彼此连接，对可旋转关节的控制允许控制末端执行器的运动以允许执行给定任务。例如，一个或多个关节中的关节可以由施加扭矩以控制关节位置的电机操作。可以使用各种控制方案来控制机器人。例如，一些控制方案可以应用阻抗控制，其允许基于施加在末端执行器上的外力和末端执行器的位置之间的关系来控制末端执行器。

通常收集与关节相关的数据以允许控制机器人设备，并且例如确定机器人如何相对于其环境定位或者机器人设备如何与环境交互。例如，为了精确控制末端执行器或机器人设备的其他部分的位置，知道关节的方向可能是重要的。可以使用某些类型的检测器或传感器来获得与关节相关的这种数据。例如，机器人设备的关节中的检测器可以收集与关节的位置(例如角度位置)相关的数据，并将该数据反馈给控制器，使得控制器能够相应地控制关节。扭矩传感器也可以用于检测施加到关节上的扭矩。例如，可以通过关节电机向关节施加扭矩来控制关节。扭矩传感器可以用于测量电机施加的扭矩。

检测施加到关节的扭矩也可以允许检测由其环境施加到机器人的扭矩或力。例如，扭矩传感器可以检测指示机器人(例如末端执行器)与环境中的物体之间的碰撞的外部扭矩。快速准确地检测这种扭矩对于确保机器人安全运行可能是重要的。当机器人在人类环境中操作时尤其如此，因为机器人可能具有大的移动质量，如果不安全控制，这可能对人类构成危险。扭矩传感器还可以例如允许通过确定负载被承载时作用在机器人上的外部扭矩来确定由机器人承载的负载的重量。此外，由于机器人设备的关节可以通过例如经由电机向关节施加扭矩来控制，因此可以进行施加以控制关节的扭矩的测量，并在控制关节所涉及的计算中考虑这些测量。

图1示出了用于机器人设备(未示出)的关节中的示例性现有技术扭矩传感器元件100的平面图。现有技术中的扭矩传感器100通常是平面的，包括圆形框架，该圆形框架包括外框架110、内框架120和将外框架110连接到内框架120的梁130的布置。扭矩传感器100包括由多个挠曲部140构成的柔顺装置(compliant arrangement)，挠曲部140在内框架120和外框架110之间延伸并将其连接。扭矩传感器100的内框架120限定中心孔口150，当扭矩传感器100安装在机器人设备的关节中时，关节的电线等可以穿过中心孔口150。扭矩传感器元件100大体上是圆形的且大体上是平面的，因此可以位于机器人设备的第一构件和第二构件之间的关节中，例如旋转的“肘”关节中。外框架110包括第一系列孔112，以允许外框架110固定到机器人设备的关节的第一侧，而内框架120包括第二系列孔122，其允许内框架120固定到关节的第二侧。因此，当安装在关节中时，关节的第一侧和第二侧经由扭矩传感器100彼此连接，使得施加在关节周围的任何扭矩通过扭矩传感器100传递。

梁130构造成以相对高的刚度连接外框架110和内框架120，以允许扭矩传感器100在外框架110和内框架120之间没有大程度运动的情况下传递扭矩。然而，梁130允许在施加的扭矩下在外框架110和内框架120之间进行少量的相对旋转运动。当发生这种相对旋转运动时，挠曲部140变形。可测量挠曲部140的变形程度以测量施加到扭矩传感器100的扭矩。

每个挠曲部140与另一个挠曲部140布置成相对的一对挠曲部。在每个挠曲部140的自由端处是电极板，该电极板与一对挠曲部中的另一个挠曲部的电极板一起形成用于每对挠曲部140的相应电容传感器C1、C2、C3、C4。当没有扭矩施加到扭矩传感器100时，该对内的挠曲部140的电极板布置成基本上彼此平行。每个电容传感器C1、C2、C3、C4中的一对电极板被配置为当挠曲部140变形时相对于彼此移动，增加或减少它们之间的间隙。电容传感器C1至C4的电容根据每对电极之间的相应距离(即间隙的大小)而变化，并且还随着电极之间的重叠程度而变化。因此，当挠曲部140由于外框架110和内框架120的相对运动而挠曲时，电容传感器142检测到电容的变化。该电容的变化可被检测并用于确定施加到扭矩传感器100的扭矩。

图1通过箭头示出了内框架120和外框架110之间的旋转方向如何导致电容传感器C1、C2、C3、C4的相应电极板的移动。即，当外框架110保持在固定位置时，使内框架120沿顺时针方向旋转的施加的扭矩导致第一和第三电容传感器C1、C3的电极被迫分开。同时，在相同的扭矩下，迫使第二和第四电容传感器C2、C4的电极更靠近。通过测量由此产生的电容变化，可以确定所施加的转矩。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种用于测量施加到关节的扭矩的扭矩传感器元件，该扭矩传感器元件包括：连接到关节的第一侧的外框架；连接到关节的第二侧的内框架；以及将外框架连接到内框架的柔顺装置，其中该柔顺装置包括：第一构件和第二构件，每个构件在外框架和内框架之间延伸并将外框架连接到内框架，并且每个构件是弹性的且可变形的，以响应于施加到关节的扭矩允许外框架和内框架之间的至少一些相对旋转；以及在第一构件和第二构件之间延伸的连接结构，连接结构包括位于第一构件和第二构件之间的第一部分，该第一部分配置为响应于第一构件和/或第二构件的变形而移动由施加到关节上的扭矩引起的外框架和内框架之间的相对旋转程度确定的量。

根据本发明的示例允许施加到扭矩传感器元件的扭矩导致连接结构上的第一部分的运动。这允许了将外框架和内框架的相对旋转转换成扭矩传感器元件的一部分的可测量运动的可靠方式。在根据本发明的示例中，不需要测量柔顺结构的部分之间的重叠，如图1所示的现有技术装置中的情况。因此，根据本发明的示例可以提供这种现有装置的替代方案。

响应于第一和/或第二构件的变形的连接结构的第一部分的运动可以包括至少旋转分量。

这允许通过测量连接结构上的第一部分的旋转来测量内框架和外框架之间的相对旋转。第一部分的旋转可以例如围绕连接结构上的一点。例如，第一部分可以基本上是圆形的，并且可以被配置为围绕圆心旋转。

扭矩传感器元件可以包括连接到第一部分的第一臂，其中第一臂被构造成移动由施加到关节的扭矩引起的外框架和内框架之间的相对旋转程度确定的量。

第一臂可以将第一部分的运动转换成臂的更大运动。例如，第一部分的旋转运动可以转换成臂的自由端的更大运动。臂的自由端可以远离第一部分。

第一臂可以在远离内框架的方向上延伸。外框架可以包括间隙。第一臂可以延伸穿过间隙。

通过远离内框架延伸，可以允许第一臂从第一部分进一步延伸。这可以允许第一臂更大程度地放大第一部分的运动。例如，第一臂可以将第一部分的相对较小的旋转运动转换成第一臂的自由端的较大的平移运动。如果外框架包括间隙，则第一臂可以延伸穿过该间隙。这可以提供使第一臂更长并且更大程度地放大第一部分的旋转运动的方便方式。在一些示例中，外框架中的间隙是完全断裂的，使得外框架被分割成单独的部分。在其他示例中，外框架中的间隙可以包括外框架较薄的部分。在这样的示例中，第一臂可以在形成间隙的外框架的较薄部分的上方或下方延伸。第一臂可以被布置成例如包括互补的较薄部分，以允许第一臂经过外框架的较薄部分的上方或下方。

连接结构可以包括至少一个链接元件，所述至少一个链接元件将第一构件或第二构件连接到第一部分，并且被构造成当扭矩被施加到关节时便于第一部分的运动。

连接结构可以包括配置为将第一构件连接到第一部分的第一链接元件和配置为将第二构件连接到第一部分的第二链接元件。第一链接元件和第二链接元件可以被构造成当扭矩被施加到关节时促进第一部分的运动。

当柔顺结构由于施加的扭矩而变形时，链接元件可以促进第一部分的运动。

一个或多个梁元件可以将外框架连接到内框架。一个或多个梁元件中的每一个可以包括将外框架连接到内框架的一个或多个连接构件。

一个或多个梁元件在外框架和内框架之间的连接中提供刚性。所述一个或多个梁元件可以被配置为在整个扭矩传感器元件上分布应力。这可以允许扭矩传感器元件将扭矩传感器元件中任何点处的最大应力限制为可接受的应力量。例如，一个或多个梁元件可以各自包括弯曲或以其他方式成形以有效分布应力的一个或多个构件。在一些示例中，可以提供两个梁元件。在其他示例中，提供了三个梁元件。在其它示例中，可以提供多于三个的梁元件。

扭矩传感器元件可以包括第三构件和第四构件，每个构件在外框架和内框架之间延伸并将外框架连接到内框架，并且第三构件和第四构件中的每一个都是弹性的和可变形的，以响应于施加到关节的扭矩允许外框架和内框架之间的至少一些相对旋转；以及在第三构件和第四构件之间延伸的第二连接结构，连接结构包括位于第三构件和第四构件之间的第二部分，第二部分被构造成响应于第三构件和/或第四构件的变形而移动由施加到关节上的扭矩引起的外框架和内框架之间的相对旋转程度所确定的量。

提供第二连接结构和其上的第二部分提供了另一部分，其运动指示施加到关节上的扭矩。例如，除了第一部分的运动之外，还可以使用第二部分的运动的测量来测量所施加的扭矩。某些示例可以允许测量第一部分和第二部分的运动，并一起用于测量所施加的扭矩。这可以允许消除第一和第二部分在不同扭矩方向下的运动中的任何不对称性。此外，通过提供额外的测量点，可以降低测量中的误差与测量值的比率。

连接结构的第二部分可以包括第二臂，第二臂被构造成移动由施加到关节的扭矩引起的外框架和内框架之间的相对旋转程度确定的量。

第二臂可以以与上述第一臂类似的方式将第二部分的运动转换成成第二臂的更大的运动。第二部分也可以远离内框架延伸。外框架可以包括另一间隙。该间隙可以被构造成允许第二臂延伸穿过该间隙。一个或多个链接元件可以以与针对第一部分所描述的相同的方式将第二部分分别连接到第三和第四构件。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于测量施加到关节的扭矩的扭矩传感器，该扭矩传感器包括：根据本发明第一方面的扭矩传感器元件；以及测量元件，用于测量扭矩传感器元件的第一部分响应于由施加到关节的扭矩引起的外框架和内框架之间的相对旋转而移动的量，从而测量施加到关节的扭矩。

测量元件可以配置为测量第一部分的旋转度，从而测量施加到关节的扭矩。

测量元件可以包括磁性测量元件，磁性测量元件被配置为通过测量由于连接结构的第一部分的移动而引起的磁场的变化来测量第一部分的移动。

在扭矩传感器元件包括第二部分的示例中，扭矩传感器可以包括另一测量元件，用于测量扭矩传感器元件的第二部分响应于由施加到关节的扭矩引起的外框架和内框架之间的相对旋转而移动的量。用于测量第二部分的运动的测量元件可以具有针对用于测量第一部分的运动的测量元件所描述的任何特征。

根据本发明的第三方面，提供了一种机器人设备，包括：主体；通过一个或多个关节联接到主体的末端执行器；驱动所述一个或多个关节以控制机器人设备的状态的推进系统；以及根据本发明第二方面的扭矩传感器，扭矩传感器被布置成测量施加到所述一个或多个关节之一的扭矩。

本发明的进一步特征和优点将从以下参考附图对本发明优选实施例的描述中变得显而易见，这些描述仅以示例的方式给出。

附图说明

图1是示例性现有技术扭矩传感器元件的示意图；

图2是根据本发明一方面的示例扭矩传感器元件的示意图；

图3是根据本发明一方面的另一示例扭矩传感器元件的示意图；

图4是根据本发明一方面的另一示例扭矩传感器元件的示意图；

图5是用于根据本发明一方面的扭矩传感器中的示例性测量元件的示意图；

图6A以分解形式示出了包括根据本发明一方面的扭矩传感器元件的示例关节的透视图；

图6B也以分解形式示出了图6A所示示例关节的侧视图；

图6C示出了图6A和6B中所示的示例关节的紧凑形式的透视图；

图6D示出了图6A至6C中所示的示例关节的紧凑形式的侧视图；以及

图7示出了根据本发明的一方面的包括示例扭矩传感器的示例机器人设备的简化示意图。

具体实施方式

本发明的示例涉及用于机器人设备的扭矩传感器的扭矩传感器元件。这样的机器人设备可以被配置为在人类环境中与人类交互。然而，本发明的示例可以在其他领域中找到应用，例如旨在在非人类环境(例如工厂环境)中操作的商用机器人。本发明的某些示例被配置为位于机器人设备的关节中，并用于确定施加在机器人设备的关节上或由机器人设备的关节施加的扭矩。然而，根据本发明的示例扭矩传感器可以应用于检测机器人设备的其他部分中的扭矩，例如，检测机器人设备的构件之间的扭矩，这些构件被配置为在机器人设备的操作期间基本上不相对于彼此移动。根据本发明的示例扭矩传感器还可以应用于机器人领域之外的扭矩测量应用。现在将通过示例的方式描述扭矩传感器元件。

图2示出了根据本发明的第一扭矩传感器元件1000的示例的平面图。第一扭矩传感器元件1000用于机器人设备(图2中未示出)的关节中的扭矩传感器。该示例中的扭矩传感器1000共享图1的现有技术扭矩传感器100的某些特征。扭矩传感器1000包括大致环形的外框架1010、大致环形的内框架1020以及将外框架1010连接到内框架1020的梁的装置。在该示例中，第一梁装置1030a和第二梁装置1030b将外框架1010连接到内框架1020。扭矩传感器元件1000大致上是圆形的并且大致上是平面的。第一和第二梁装置1030a、1030b布置在扭矩传感器元件1000的彼此相对侧上，并且用于在外框架1010和内框架1020之间提供一定程度的刚性，同时仅允许它们之间的少量旋转运动。在一些示例中，扭矩传感器元件1000可以由诸如钢的金属制成。例如，扭矩传感器元件1000可以由弹簧钢制成，例如由单片弹簧钢制成。

扭矩传感器100具有中心孔口1050，以允许电线等穿过该中心孔口1050。外框架1010还包括第一系列孔1012，以允许外框架1010固定到机器人设备的关节的第一侧，而内框架1020包括第二系列孔1022，其允许内框架1020固定到机器人设备的关节的第二侧。当安装在关节中时，关节的第一侧和第二侧经由扭矩传感器1000彼此连接，并且施加到关节的任何扭矩通过扭矩传感器1000传递。

与现有技术的扭矩传感器100一样，扭矩传感器1000包括将外框架1010连接到内框架1020的柔顺装置。下面将更详细地描述这种柔顺装置。

梁1030a-c以相对高的刚度连接外框架1010和内框架1020，该刚度足以在给定施加扭矩的适当杠杆的情况下允许在外框架1010和内框架1020之间的少量旋转运动。当这种旋转运动发生时，柔顺装置变形与外框架1010和内框架1020之间的旋转程度相关的程度，该旋转程度本身由施加的扭矩决定。

该示例中的柔顺装置包括第一部分1040a，第一部分1040a包括第一构件1042a和第二构件1044a，第一构件1042a和第二构件1044a各自在外框架1010和内框架1020之间延伸并将外框架1010和内框架1020连接。当在外框架1010和内框架1020之间施加扭矩时，第一构件1042a和第二构件1044a各自响应于外框架1010和内框架1020之间的至少一些相对旋转而弹性和变形。

第一构件1042a通过第一连接结构1060a连接到第二构件1044a第一连接结构1060a包括位于第一构件1042a和第二构件1044a之间的第一部分1062a。第一部分1062a配置为当第一构件1042a和/或第二构件1044a由于外框架1010和内框架1020之间的相对旋转而变形时移动。

在该示例中，当外框架1010和内框架1020之间存在相对旋转时，第一部分1062a的运动是旋转运动。第一部分1062a的旋转运动是第一部分1062a作为连接结构1060a的一部分的结果，该连接结构1060a将第一构件1042a连接到第二构件1044a。因此，可以通过测量第一部分1062a的旋转来测量外框架1010和内框架1020之间的相对旋转。在该示例中，第一部分1062a通常是圆形的，并且第一部分1062a被配置为当施加扭矩时围绕其中心旋转。在其他示例中，连接结构的第一部分1062a的运动可以是平移运动，或者该运动除了旋转分量之外还可以包括平移分量。连接结构的整体结构可以确定当第一构件1042a和/或第二构件1044a变形时由第一部分1062a实现的运动类型。

第一构件1042a 1044a分成在第一和第二构件1042a中间延伸的两个臂1043a，以连接到连接结构1060a的一侧。第二构件1044a类似地分成两个臂(在图2中未标记)以连接到连接结构1060a的相对侧。除了第一部分1062a之外，连接结构1060a还包括第一链接元件1046a和第二链接元件1048a。第一构件1042a和第二构件1044a经由第一和第二链接元件1046a、1048a连接到第一部分1062a的相应侧。链接元件1046a、1048a配置为允许第一柔顺部分1040a由于外框架1010和内框架1020之间的相对旋转而变形，从而导致第一部分1062a的旋转。在该示例中，链接元件1046a、1048a被成形为沿彼此相反的方向取向的弧形(分别径向向内和径向向外取向)，以促进第一部分1062a的旋转。在其他示例中，连接结构1060a可以包括用于将第一构件1042a链接到第二构件1044a并在外框架1010和内框架1020之间发生相对旋转时引起第一部分1062a移动的任何合适的装置。第一部分1062a连接在第一构件1042a和第二构件1044a之间的方式可以影响第一部分1062a响应于外框架1010和内框架1020的相对旋转而移动的方式。

将外框架1010连接到内框架1020的柔顺装置还包括具有与第一柔顺部分1040a相似特征的第二柔顺部分1040b。第二柔顺部分1040b包括第三构件1042b和第四构件1044b，连接结构1060b将第三构件1042b连接到第四构件1044b。连接结构包括第二部分1060b，该第二部分1060b以与上述第一部分1062a相同的方式构造成当施加到扭矩传感器元件1000的扭矩导致外框架1010和内框架1020相对旋转时，以与第一部分1062a类似的方式导致第二部分1062b移动。第二部分1040b的特征对应于并且以与上面已经关于第一部分1040a描述的相同的方式操作，并且将不重复对该操作的描述。

扭矩传感器元件1000构造成使得，如图2所示，如果外框架1010保持固定并且施加的扭矩导致内框架1020沿顺时针方向旋转，则第一部分1062a绕其自身的轴线沿顺时针方向旋转。类似地，对于外框架1010和内框架1020之间的相同的相对旋转，第二部分1062b也绕其自身的轴线沿顺时针方向旋转。这些旋转的方向如图2中的箭头所示。如果扭矩导致外框架1010和内框架1020之间的相对旋转，其方向与上述方向相反，则第一和第二部分1060a、1060b相对于它们自己的轴线沿逆时针方向旋转。

为了测量施加到其中安装有扭矩传感器元件1000的关节的扭矩，测量元件(未示出)用于测量第一部分1062a和第二部分1062b中的一个或两个的运动程度，在该示例中是旋转程度。例如，为了测量第二部分1062b的旋转度，可以使用测量元件来测量第二部分1062b上的点1063b的运动。在一些示例中，磁性测量元件用于测量第二部分1062b的运动。在一个这样的示例中，直径磁化的磁体(图2中未示出)，即在单个面上而不是在相对面上具有北极和南极，附接到第一部分1062a。在这个示例中，旋转位置传感器(未示出)然后被定位以测量径向磁化的磁体的旋转。旋转位置传感器可以包括霍尔传感器阵列，例如，五个霍尔传感器阵列。每个霍尔传感器被配置为感测径向磁化的磁体的磁场和磁体的取向，因此第一部分1062a的旋转可以从霍尔传感器获得的磁场测量值中确定。

扭矩传感器元件1000的上述柔顺装置允许外框架1010和内框架1020之间的小程度旋转，以导致第一部分1062a和第二部分1062b的运动，该运动可以被测量以确定施加到扭矩传感器元件的扭矩。具体地，第一部分1062a和第二部分1062b位于相应的可变形构件对之间的连接结构1060a、1060b上，导致第一部分1062a和第二部分1062b的旋转运动。这可以与图1的现有技术装置形成对比，图1的现有技术装置依赖于测量相邻挠曲部140之间的间距或重叠。在第一构件1042a和第二构件1044a之间设置连接部分提供了第一部分1062a的这种运动，这提供了将外和内框架1010、1020的相对旋转转换成可测量的例如旋转运动的可靠方式。

在该示例中，梁装置1030a、1030b被配置为保持合适的刚性程度，以允许扭矩传感器元件1000有效地传递扭矩，而不会在外框架1010和内框架1020之间有大程度的运动，同时外框架1010和内框架1020之间的小幅旋转运动被转换成第一部分1062a和第二部分1062b的可测量的旋转运动，在该示例中，第一部分1062a和第二部分1062b围绕它们自己的轴线旋转。连接结构还可以有助于增加外框架1010和内框架1020之间的连接的刚性，同时提供这种可测量的旋转运动。

在一些示例中，提供放大装置以放大第一连接结构和第二连接结构中的一个或两者的运动。放大装置可以例如包括从第一部分和第二部分中的给定一个延伸的突起或延伸部，例如臂。这样的突起或延伸部可以被配置为放大其连接到的第一部分和第二部分中的给定的一个的运动。因此，例如，对于第一部分的给定移动程度，连接到第一部分的突起可以被配置为移动更大的程度。连接到第二部分的类似突起可以被配置为以类似的方式放大第二部分的运动。

图3示出了示例性扭矩传感器元件1000’，其是图2的第一扭矩传感器元件1000的变体。扭矩传感器元件1000’具有第一扭矩传感器元件1000的特征，并且另外包括从第二部分1062b’延伸的臂1064b’。臂1064b’从第二部分1062b’延伸并终止于自由端1063b’。可以测量臂的运动，例如自由端1063b’的运动，以确定施加的扭矩。图3中的箭头示出了第二部分1062b’的旋转方向和自由端1063b’的运动，例如其中内框架1020’相对于外框架1010’沿顺时针方向旋转。臂1064b’配置为提供自由端1063b’的位移，该位移大于第二部分1062b’上的一点(例如图2的扭矩传感器元件1000的点1063b)对于第二部分1062b’的给定旋转度的位移。因此，自由端1063b’的运动是第二部分1062b’运动的放大，该放大由臂1064b’提供。这允许外框架1010’和内框架1020’之间的小程度的相对旋转运动转换成自由端1063b’的相对大的位移。图3中的箭头示出了第二部分1062b’的旋转和自由端1063b’的运动。因此，可以提供保持相同刚性程度的更灵敏的扭矩传感器。同样，刚性可以增加，同时保持相同程度的灵敏度。

尽管图3的示例仅包括连接到第二部分1062b的一个臂1064b’，但在其他示例中，类似的臂可以设置在第一部分1062b’上，以放大第一部分1062b的运动。在示例中，第一部分1062b’和第二部分1062b’中的一个或两个可以具有附接到其上的这样的臂。

图4示出了根据本发明示例的第二扭矩传感器元件2000。第二扭矩传感器元件2000共享第一扭矩传感器元件1000的许多特征，并且这些特征用类似的附图标记来指示。

第二扭矩传感器元件2000包括外框架2010，外框架2010包括两个分离的部分，第一外框架部分2010a和第二外框架部分2010b。因此，外框架2010是不连续的，并且不围绕内框架2020形成完整的环，而是限定了两个不连续部分或“间隙”，这两个不连续部分或“间隙”包括位于外框架2010的相对侧上的第一间隙2010c和第二间隙2010d。第一外框架部分2010a和第二外框架部分2010b被构造成刚性地附接到关节(图4中未示出)的同一侧，以相对于彼此保持在固定位置。在该示例中，第一外框架部分2010a的宽度通常大于第二外框架部分2010b的宽度。外框架2010包括用于将外框架2010固定到关节的第一侧的第一系列孔2012，而内框架2020包括用于将内框架2020固定到关节的第二侧的第二系列孔2022。

外框架2010通过多个梁装置2030a、2030b、2030c连接到内框架2020。梁装置2030a-c配置为将由于施加的扭矩引起的应力分布在整个扭矩传感器元件2000中。这允许扭矩传感器元件2000的任何单个部分所经受的最大应力受到限制。例如，已经发现，在扭矩传感器元件2000包括弹簧钢的示例中，1.6Nm的施加扭矩在扭矩传感器元件2000中产生180MPa的最大应力。弹簧钢通常具有大约1200MPa的屈服应力，尽管这可能随着弹簧钢的成分而变化。在任何情况下，可以看出，在这种装置中，在该施加扭矩水平下的最大应力远低于弹簧钢的典型屈服应力。本示例中给出的值是针对0.8mm弹簧钢扭矩传感器元件2000的。因此，即使在高扭矩下，最大应力也保持在远低于可能导致扭矩传感器元件2000永久材料损坏的应力水平。

在示例中，扭矩传感器元件2000可以被配置为当给定最大扭矩施加到其上时变形给定最大量。例如，基于扭矩传感器元件2000的预期应用，扭矩传感器元件2000可以在给定扭矩下变形特定量。针对不同应用和不同对应的最大扭矩制造的扭矩传感器元件2000的不同示例可以被配置为在这些不同的最大扭矩下表现出相同的最大变形。例如，旨在安装在肩关节中的扭矩传感器元件2000的示例，其中施加到扭矩传感器元件2000的最大扭矩将是大的，可以被配置为在给定扭矩下比旨在安装在腕关节中的扭矩传感器元件2000的示例变形小，其中施加的最大扭矩将是更小的。示例扭矩传感器元件2000在给定扭矩下变形的量可以被配置为使得在预期施加到给定扭矩传感器元件2000的相应最大扭矩下表现出相同的最大变形。扭矩传感器元件2000的厚度可以被选择为在施加的扭矩下提供期望的变形阻力。例如，在扭矩传感器元件2000由弹簧钢制成的情况下，为了在每个应用中在最大施加扭矩下实现相同的最大变形，扭矩传感器元件2000在用于肩关节时可以具有约4mm的厚度，而在用于腕关节时可以具有约0.5mm的厚度。

在图4的示例中，存在围绕内框架2020等距隔开的三个梁装置2030a-c。在其他示例中，可以存在不同数量的梁装置，例如两个或大于三个梁装置。在图4所示的示例中，每个梁装置2030a-c包括一组连接构件，例如，第一梁装置2030a包括一组连接构件2032a，每个连接构件将外框架2010连接到内框架2020。在该示例中，第一梁装置2030a和其他梁装置2030b-c的连接构件2032a中的每一个具有限定两个凸角的弯曲形状。在该示例中，梁装置2030a-c中的每一个包括四个这样的连接构件。其他示例可以在每个梁装置中具有不同数量的连接构件。此外，在其他示例中，连接构件可以不同地成形，例如包括不同数量的凸角，例如一个凸角或多于两个凸角。在一些示例中，凸角可以不存在，例如一个或多个连接构件可以基本上是线性的。

第二扭矩传感器元件2000包括柔顺装置，该柔顺装置包括位于第一梁装置2030a和第二梁装置2030b之间的第一柔顺部分2040a和位于第一梁装置2030a和第三梁装置2030c之间的第二柔顺部分2040b。由于第二扭矩传感器元件2000包括三个梁装置2030a-c，第三柔顺部分2040c位于第二梁装置2030b和第三梁装置2030c之间。第一柔顺部分2040a包括由第一连接结构2060a连接的第一构件2042a和第二构件2044a。类似地，第二柔顺部分2040b包括由第二连接结构2060b连接的第三构件2042b和第四构件2044b。第三柔顺部分2040c包括由第三连接结构2060c连接的第五构件2042c和第六构件2044c。

第一连接结构2060a包括位于第一构件2042a和第二构件2044a之间的第一部分2062a。类似地，第二连接结构2060b包括位于第三构件2042b和第四构件2044b中间的第二部分2062b。第一连接部分2060a包括用于在连接结构2060a中提供柔性和弹性的链接元件2046a、2048a。这有助于将第一构件2042a和第二构件2044a的变形转换为第一部分2062a的运动，在该示例中为旋转。第二连接部分2060b包括类似的链接元件(为了清楚起见没有标记)，其以相同的方式作用以促进第二部分2062b的移动。在该示例中，链接元件2046a、2048a中的每一个都被成形为第一部分2062a的任一侧的凸角。第二部分2062b的任一侧的链接元件具有类似的形状。不同形状的链接构件可以实现第一和第二部分2046a，2048a的不同类型的运动。例如，第一部分2062a的任一侧的链接构件可以成形为使得第一部分在例如大致圆周方向上影响平移运动。

与图2和图3的示例一样，第一部分2062a和第二部分2062b被配置为当由于施加的扭矩在外框架2010和内框架2020之间存在相对旋转时移动。第一部分2062a和第二部分2062b的移动程度的测量允许测量施加的扭矩。在该示例中，第一部分2060a和第二部分2060b的运动至少包括旋转分量。

在图4所示的示例中，第一臂2064a连接到第一部分2062a。在该示例中，第一臂2064a在径向向外的方向上远离第一部分2062a延伸，远离内框架2020。第一臂2062a终止于自由端2066a。第一臂2064a将第一部分2062a的旋转运动转换成自由端2066a的位移。然后可以测量自由端2066a的位移以测量施加的扭矩。如图4所示，第一臂2064a从第一部分2062a延伸了相当长的距离这放大了自由端2066a的运动，该运动是针对第一部分2062a的给定旋转度以类似于图3的臂1064b’扭矩传感器元件1000’所描述的方式产生的。

在示例中，第一臂2064a可以延伸穿过外框架中的间隙。这允许第一臂2064a从第一部分2062a进一步延伸，从而在给定扭矩下提供自由端2066a的更大位移。

图4示出了第一臂2064a延伸穿过外框架中的第一间隙2010c的示例。在该示例中，第一臂2064a包括两个基本直角弯曲，使得第一臂2064a延伸穿过第一间隙2010c。第一臂2064a包括进一步的基本直角弯曲，并且此后在基本圆周方向上延伸，使得第一臂2064a终止于第一自由端2066a，靠近外框架2010的第二部分2010b的中心。

第二连接结构2060b包括第二部分2062b和从第二部分2062b延伸的第二臂2064b。第二臂2064b以与上面针对第一臂2064a描述的类似方式延伸，并且可以具有针对第一臂2064a描述的任何特征。第二连接结构还包括第二部分2062b的任一侧的链接元件(为了清楚起见，在图4中没有标记)，其类似于第一部分2062a的任一侧的链接元件2046a、2048a。第二臂2064a延伸穿过外框架中的第二间隙2010d，并终止于第二自由端2066b。第二自由端2066b靠近位于外框架的第二部分2010b的中心附近。在图4所示的示例中，自由端2066a、2066b基本上是圆形的，然而在其他示例中它们可以是不同的形状。

第三柔顺部分2040c的第三连接结构2060c包括在第五构件2042c和第六构件2044c中间的类似链接元件，其作用为增加柔顺装置的整体柔顺性，从而当扭矩导致外框架2010和内框架2020之间的相对旋转时，促进第一臂2064a和第二臂2064b的运动。在这个示例中，第三连接结构2060c的链接元件包括与第一连接结构2060a的链接元件2046a、2048a相似的凸角。

如上所述，第一和第二自由端2066a、2066b被配置为将外框架2010和内框架2020之间的相对旋转转换成位移，该位移可以被测量以测量施加到扭矩传感器元件2000的扭矩。在该示例中，当施加扭矩时，第一和第二自由端2066a、2066b的运动是沿着图4中位于第一自由端2066a和第二自由端2066b处的箭头所示的相应轴线的基本线性运动。从图4可以看出，在这个示例中，轴线连同第一和第二自由端2066a、2066b被配置为移动，稍微偏离图中所示的水平方向。即，第一自由端2066a被配置为基本上沿着以2062a为中心并穿过第一自由端2066a的中心的圆的切线移动。类似地，第二自由端2066b被配置为基本上沿着以2062b为中心并穿过第二自由端2066b的中心的圆的切线移动。

当内框架2020相对于外框架2010顺时针旋转时，第一部分2062a和第二部分2062b也各自沿顺时针方向旋转。结果是，当内框架2020相对于外框架2010顺时针旋转时，自由端2066a、2066b中的每一个沿着其各自的轴线在从右到左的方向上移动。当内框架2020相对于外框架2010逆时针旋转时，第一和第二部分2062a、2062b的旋转方向反转，并且第一和第二自由端2066a、2066b沿着它们各自的轴线沿从左到右的方向移动。

在示例中，测量元件可以放置在自由端2066a、2066b上和/或邻近自由端2066a、2066b并用于测量自由端2066a、2066b的运动。

图5示出了用于测量扭矩传感器元件2000的第一自由端2066a的运动的磁性测量元件。在图5所示的示例中，为了测量第一自由端2066a的运动，直径磁化的磁体2070a附接到第一自由端2066a(图5中未示出)。磁体2070a包括北极2072a和南极2074a。磁传感器2080a被放置在磁体2070a附近。磁传感器2080a可以是霍尔传感器。磁传感器2080a相对于外框架2010保持在固定位置(图5中也未示出)。例如，磁传感器2080a可以固定到外框架2010。在一个示例中，磁传感器2080a放置在磁体2070a上方约1mm处。当第一自由端2066a和附接到其上的磁体2070a由于施加的扭矩而移动时，磁传感器2080a感测由于磁体2070a的移动而引起的磁场的变化。可以向磁传感器2080a提供各种电连接(未示出)，以便允许磁传感器2080a测量磁体2070a的磁场。类似的磁性测量装置可以用于测量第二自由端2066b的运动。

在其他示例中，任何合适类型的测量元件可以用于测量第一和第二自由端2066a、2066b的运动。例如，可以使用电容传感器或光学传感器。

测量两个自由端2066a、2066b的运动以测量施加的扭矩的示例允许某些优点，因为对于顺时针和逆时针扭矩，每个臂2064a、2064b的运动可能不是完全对称的。然而，由于臂2064a、2064b总是在施加的扭矩下相对于扭矩传感器元件2000的中心经历相反的位移(即，当第一臂2064a向外摆动时，第二臂2064b向内摆动，反之亦然)，因此由该不对称引起的任何误差可以通过测量两个自由端2066a、2066b的运动来抵消。此外，通过采取更多的测量点，例如两个测量点而不是一个，误差(即不确定度)与测量值之间的比率减小。

当与引起臂2064a、2064b运动的外框架2010和内框架2020之间的相对旋转运动相比时，这种装置允许臂2064a、2064b的自由端2066a、2066b的运动被显著放大。例如，外框架2010不连续的事实允许臂2062a、2062b径向向外延伸穿过外框架2010中的间隙2010c、2010d之一。这允许更长的臂，其作用为对于外部和内框架2010、2020之间的给定程度的相对旋转提供臂的自由端2066a、2066b的更大位移。

由于这些原因，臂2064a、2064b的运动对施加的扭矩高度敏感。此外，外框架2010的不连续性质允许臂2064a、2064b以这样的方式延伸，即它们的自由端2066a、2066b被方便地定位，以便通过合适的测量元件测量它们的运动。这有助于扭矩传感器元件2000允许有效利用关节内的空间，因为一个或多个测量元件可以放置在方便的位置。

在示例中，可以提供根据本发明的扭矩传感器元件，其适合于现有技术扭矩传感器元件的覆盖范围，例如图1所示的扭矩传感器元件。例如，根据一个示例，图4中的虚线表示图1的现有技术扭矩传感器的覆盖区。可以看出，即使臂2064a、2064b径向向外延伸到外框架2010中，扭矩传感器元件2000的结构也使得它仍然可以大致上适配在该轮廓内。在该示例中，这是通过第二外部部分2010b比上外部部分2010a窄，并且臂2064a在基本上圆周方向上延伸并且足够窄，使得尽管臂2064a的运动是第一部分2062a的运动的放大，但臂2064a大体上保持在如果下外框架部分2010b具有与上外框架部分2010a相同的宽度则会被下外框架部分2010b填充的区域内，来实现的。在这个示例中，第二臂2064b也是如此。因此，根据本发明的某些示例扭矩传感器元件，例如图4所示的扭矩传感器元件，可以凭借细长臂2064a、2064b提供更大程度的灵敏度，同时仍然能够容纳在现有的或标准尺寸的关节中。

在第二扭矩传感器元件2000的示例实施方式中，1.6Nmm的施加扭矩导致内框架2020相对于外框架的位移约为0.070mm，导致第一自由端2066a和第二自由端2066b中的一个或两者的位移约为1.38mm。因此，自由端2066a、2066b的移动是外框架2010和内框架2020之间的移动的大约20倍放大。相反，在相同的施加扭矩下，图1的现有技术装置的实施方式可以产生电容传感器C1-C4的板的位移，该位移比外环110和内环120之间的位移大大约9倍。因此，如上所述，根据本发明的某些示例提供了外和内框架的相对旋转的放大，这导致对施加的扭矩的灵敏度的增加。

在提供提供更灵敏扭矩测量的放大运动的同时，根据本发明的示例扭矩传感器元件(例如扭矩传感器元件2000)的整体结构提供了足够的刚性，以允许扭矩在关节中有效传递。此外，通过提供梁装置，例如梁装置2030a-c，应力可以有效地分布在示例扭矩传感器元件中，使得材料应变的可能性受到限制。这甚至可以在外框架2010中存在间隙的示例中实现，例如在图4的示例中。这允许扭矩传感器元件2000最小化由施加的扭矩引起的材料应力引起的滞后。因此，扭矩传感器元件2000允许进行精确且可再现的扭矩测量。

此外，根据本发明的某些示例性扭矩传感器元件，例如第二扭矩传感器元件2000，允许在机器人关节中可能经历的典型扭矩下内框架2020的低程度变形。例如，在上面讨论的第二扭矩传感器元件2000的相同示例实施例中，其中扭矩传感器元件2000由弹簧钢片形成，当外框架2010固定在适当位置时，在1.6Nm的施加扭矩下，内框架2020的最大变形小于0.07mm。内框架2020的这种低变形程度是有利的，因为它提供了对关节的第二侧相对于关节的第一侧的位置的更有效的控制。例如，在机器人设备的臂中的关节中，关节中扭矩传感器的内框架和/或外框架的变形将负面地影响如何控制臂的位置。

尽管在图4所示的示例中，外框架2010中的间隙2010c、2010d是在外框架2010中存在完全断裂的点，但在其它示例中，外框架可以包括外框架2010较薄的部分，使得臂可以在外框架2010的给定较薄部分上方或下方延伸。因此，臂2064a、2064b可以被构造成即使当外框架2010的部分之间的间隙不是外框架2010中的完全断裂时也可以径向地向外延伸。在这样的示例中，臂2064a、2064b也可以更薄，以允许臂在外框架的更薄部分上方或下方移动。例如，外框架的较薄部分可以是外框架其余部分厚度的基本上一半。臂还可以是外框架其余部分厚度的基本上一半，以允许臂在较薄部分上方或下方移动，同时扭矩传感器元件的总厚度可以不变。

在一些示例中，提供了两个测量元件，每个测量元件用于测量第一部分2062a、2062b中相应的一个的运动，例如测量臂的自由端2066a、2066b的运动，如上所述。提供两个传感器元件可以允许通过考虑第一臂2064a和第二臂2064b两者的运动来进行更可靠的扭矩测量。例如，可以对测量值进行平均，或者可以取测量值之间的差值，这可以例如有助于消除噪声。在其他示例中，扭矩测量可以基于第一臂和第二臂中仅一个臂的运动的测量，或者通常基于第一部分和第二部分中仅一个的运动的测量。在这样的示例中，可以只有一个测量元件。

尽管图4的示例包括两个臂2064a、2064b，但在其他示例中，扭矩传感器元件可以仅包括从第一部分2062a和第二部分2062b中的一个延伸的一个臂，例如第一臂2064a和第二臂2064b中的一个。在其他示例中，扭矩传感器元件可以包括多于两个臂，并且扭矩测量可以基于多于两个臂中的每一个的运动的测量。例如，第三臂(未示出)可以连接到第三连接部分2060c的中心，并且可以测量第三臂的运动以单独地或与其他臂(例如第一臂和第二臂)的运动的测量相结合地提供扭矩测量。在一些这样的示例中，可以在外框架中提供进一步的间隙，以允许任何另外的臂径向向外延伸到外框架。

尽管在图4所示的示例中，臂2064a、2064b中的每一个延伸穿过外框架2010中的间隙2010c、2010d，但在其他示例中，可以提供从例如第一部分或第二部分延伸但不径向延伸到外框架2010外部的臂。例如，臂可以从第一部分和第二部分中的一个沿任何方向延伸，例如沿径向方向或沿大致圆周方向，同时保持在外框架的径向内侧。在一些示例中，外框架和/或内框架可以成形为容纳在内框架和外框架的空间中延伸的臂。例如，外框架和/或内框架可以包括切除部分，其提供足够的空间以容纳臂并允许臂在施加的扭矩引起内框架和外框架之间的相对旋转时移动。

图6A-6D示出了包括第二扭矩传感器元件2000的示例性关节4000。关节4000是机器人设备中的关节，并且是上臂410和下臂(未示出)之间的肘型关节。图6A和图6B分别以分解形式示出了关节4000的透视图和侧视图。图6C和6D分别示出了紧凑形式的关节4000的透视图和侧视图。

关节4000包括上臂410中的空腔4010。空腔4010通常是圆形的，并容纳扭矩传感器元件2000和关节4000的其他部件。在使用中，扭矩传感器元件2000的外框架2010通过穿过扭矩传感器元件2000中的第一系列孔2012(见图4)和空腔4010中的相应系列孔插入的固定元件(未示出)刚性地固定到上臂410。在使用中定位在扭矩传感器元件2000上方的轴承4020用于提供抵抗扭转力的刚性，所述扭转力即不产生穿过关节4000的中心孔口4050的关于垂直轴线的扭矩的力。

上环4030容纳在轴承4020内并位于扭矩传感器元件2000的顶部。在使用中，上环4030固定到扭矩传感器元件2000的内框架2020。上环4030在其下表面上包括突起4032(在图6B中最清楚地看到)，突起4032有助于上环4030与内框架2020的连接。突起4032包括与内框架2020的第二系列孔互补的孔(未示出)，从而允许上环4030固定到内框架2020。上环4030构造成连接到关节电机(未示出)的下侧，用于控制肘关节4000。因此，由用于控制肘关节4000的关节电机施加的扭矩通过扭矩传感器元件2000传递。扭矩在外框架2010和内框架2020之间产生小的旋转，并以如上所述可测量的方式使扭矩传感器元件2000的某些部分变形，以测量施加到关节4000的扭矩。空腔4010包括切除部分4012，该切除部分4012允许磁性测量元件(见图5)位于第一和第二自由端2066a、2066b附近，以测量臂2062a、2062b的运动。

特别从图6B可以看出，扭矩传感器元件2000具有低轮廓，这有利于允许它容纳在机器人的关节中，机器人可以包含许多机械和电子部件。上面已经描述的扭矩传感器元件2000的各种特征允许这种低轮廓。例如，应力分布梁装置2030a-c允许扭矩传感器元件2000由薄钢板形成，同时仍然具有足够的抗应力性以承受机器人设备的关节(例如关节4000)中使用的典型扭矩。

在希望测量承受大扭矩的关节中的扭矩的情况下，扭矩传感器可以使用根据本文所述示例的多个堆叠布置的扭矩传感器元件。例如，两个图4所示的第二扭矩传感器元件2000可以一个放置在另一个的顶部(它们的中心孔口2050对齐)，使得它们有效地用作具有两倍厚度并因此具有两倍抗应力能力的单个扭矩传感器元件。具有更大厚度的扭矩传感器元件意味着对于给定的扭矩，在外框架2010和内框架2020之间产生的旋转度降低，因此扭矩传感器的灵敏度降低。根据本文所述示例的任意数量的扭矩传感器元件可以以这种方式组合，以提供用于给定应用的具有合适强度和灵敏度的扭矩传感器。

图7示出了示例机器人设备500的简化表示，其中可以使用根据本文描述的示例的扭矩传感器。图7示出了机器人设备500的侧视图。机器人设备500包括致动的机器人臂505，所述致动的机器人臂505包括主体502、末端执行器512和多个关节，所述主体502也可以被称为基础连杆。机器人设备500还包括用于致动一个或多个关节的推进系统(未示出)，该推进系统可以包括一个或多个关节电机。控制一个或多个关节的位置以控制末端执行器512在笛卡尔空间内的位置和/或取向，使得末端执行器512可以在机器人设备500所在的环境中移动。例如，在末端执行器512的位置和取向由关节控制的情况下，末端执行器512的位置和取向(在一些示例中可以称为末端执行器512的“姿态”)可以在6维空间中控制。

在示例机器人设备500中，致动的机器人臂505包括6个关节514a-514f，其被配置为允许具有例如六个自由度的末端执行器512的定位。机器人设备500包括6个旋转关节，因此可以称为6R机器人。致动的机器人臂405的关节414a-414f通过机械连杆或“链接”联接。图7示出了将第一关节514a机械地联接到第二关节515b的第一连杆515a。第二连杆515b将第二关节514b机械地联接到第三关节514c。机械臂505还包括第三连杆515c、第四连杆515d和第五连杆515e，它们分别将第三关节514c机械地联接到第四关节514d，将第四关节514d联接到第五关节514e，并且将第五关节514e联接到第六关节514f。机器人设备500可以包括图中未示出的其它关节和/或连杆。例如，如上所述，在一些示例中，除了允许旋转运动的关节之外，机器人设备还可以包括允许平移(即线性)运动的一个或多个关节。每个连杆可以包括刚性细长构件。每个连杆可以是单个单元或多个联接的子单元。每个连杆可以具有实心和/或空心部分。在一种情况下，连杆可以包括空心管和/或刚性材料如钢、铝或碳纤维的框架。在一些示例中，工具(图中未示出)可以机械地联接到末端执行器512。

机器人设备500定位在限定x-y平面的表面570上。x-y平面可以是水平面，使得z轴是竖直轴。然而，并非所有的示例都是如此。末端执行器512相对于该三维坐标系统的位置和/或取向可以通过控制关节514a-514f中的一个或多个的旋转来控制。关节514a-514f中的每一个被配置为围绕至少一个轴线旋转，以允许末端执行器512在特定自由度内移动。例如，在机器人设备500的给定配置中，关节514a-514f中的一个或多个可以围绕平行于z轴的轴线旋转，以允许控制末端执行器512在x-y平面内的位置。此外，关节514a-514f中的一个或多个可以被配置为旋转以控制末端执行器512沿着z轴的位置。在一些示例中，关节514a-514f中的一个或多个可以包括球形关节或双关节组件，其允许围绕平行于z轴和y轴的轴线分别旋转。

如上所述，致动机械臂505的关节514a-514f可以通过向关节514a-514f施加相应的关节扭矩而旋转。关节扭矩由执行控制方法(例如基于阻抗控制的方法)的控制器(未示出)计算。所计算的关节力矩通过推进系统施加到关节，所述推进系统可以包括一个或多个电子电机。例如，推进系统可以包括多个电子电机，并且电子电机中的一个可以位于关节514a-514f中的每一个。

机器人设备500还包括一个或多个传感器，用于检测机器人设备400的状态并将其馈送给控制器以在控制方法中使用。所述传感器包括至少一个扭矩传感器，扭矩传感器包括根据本文描述的本发明的方面的扭矩传感器元件。其他传感器可以例如检测关节514a-514f的相应关节角度。包括根据本发明的扭矩传感器元件和用于测量扭矩传感器元件的变形的测量元件的扭矩传感器可以存在于一个或多个例如所有关节514a-514f中。例如，关节514a-514f中的任何一个都可以具有上面参考图6A-6D描述的特征。

机器人设备500的驱动控制系统(未示出)可以响应于从控制器(未示出)接收的信号来控制由布置在关节514a-514f处的一个或多个电动机施加的扭矩。控制器可以包括一个或多个处理器，包括一个或多个微处理器、中央处理单元和/或图形处理单元以及一个(或多个)存储器。控制器通信地联接到示例控制部件以控制机器人设备的动作。这种联接可以经由系统总线(未示出)来实现。例如，控制器可以提供期望的关节力矩，该期望的关节力矩被关节控制系统组转换成关节致动器命令。

上面的示例应该理解为说明性的。还设想了进一步的示例。关于任何一个示例描述的任何特征可以单独使用，或者与所描述的其他特征结合使用，并且还可以与任何其他示例的一个或多个特征结合使用，或者与任何其他示例的任何组合结合使用。此外，在不脱离本发明的范围的情况下，也可以采用上面没有描述的等同物和修改，本发明的范围在所附权利要求中定义。

Claims (14)

1.一种用于测量施加到关节的扭矩的扭矩传感器元件，所述扭矩传感器元件包括：

外框架，连接到关节的第一侧；

内框架，连接到关节的第二侧；以及

柔顺装置，将所述外框架连接到所述内框架；

其中，所述柔顺装置包括：

第一构件和第二构件，每个构件在所述外框架和内框架之间延伸并将所述外框架连接到所述内框架，并且每个构件是弹性的和可变形的，以响应于施加到所述关节的扭矩允许所述外框架和所述内框架之间的至少一些相对旋转；以及

连接结构，在所述第一构件和所述第二构件之间延伸，所述连接结构包括位于所述第一构件和所述第二构件之间的第一部分，所述第一部分构造成响应于所述第一构件和/或第二构件的变形而移动由施加到所述关节的扭矩引起的所述外框架和所述内框架之间的相对旋转程度确定的量。

2.根据权利要求1所述的扭矩传感器元件，其中，所述连接结构的第一部分响应于所述第一构件和/或第二构件的变形的运动包括至少旋转分量。

3.根据权利要求1或2所述的扭矩传感器元件，包括连接到所述第一部分的第一臂，其中，所述第一臂构造成移动由施加到所述关节的扭矩引起的所述外框架和所述内框架之间的相对旋转程度确定的量。

4.根据权利要求3所述的扭矩传感器元件，其中，所述第一臂在远离所述内框架的方向上延伸。

5.根据权利要求4所述的扭矩传感器元件，其中，所述外框架包括间隙，并且其中，所述第一臂延伸穿过所述间隙。

6.根据前述权利要求中任一项所述的扭矩传感器元件，其中，所述连接结构包括至少一个链接元件，所述至少一个链接元件将所述第一构件或所述第二构件链接到所述第一部分，并且构造成当扭矩施加到所述关节时促进所述第一部分的运动。

7.根据权利要求6所述的扭矩传感器元件，其中，所述连接结构包括构造成将所述第一构件连接到所述第一部分的第一链接元件和构造成将所述第二构件连接到所述第一部分的第二链接元件，并且其中，所述第一链接元件和所述第二链接元件中的每一个构造成当扭矩施加到所述关节时促进所述第一部分的运动。

8.根据前述权利要求中任一项所述的扭矩传感器元件，其中，一个或多个梁元件将所述外框架连接到所述内框架，其中，所述一个或多个梁元件中的每一个包括将所述外框架连接到所述内框架的一个或多个连接构件。

9.根据前述权利要求中任一项所述的扭矩传感器元件，包括第三构件和第四构件，每个构件在所述外框架和内框架之间延伸并将所述外框架连接到所述内框架，并且所述第三构件和所述第四构件中的每一个是弹性的和可变形的，以响应于施加到所述关节的扭矩允许所述外框架和所述内框架之间的至少一些相对旋转；以及

第二连接结构，在所述第三构件和所述第四构件之间延伸，所述连接结构包括位于所述第三构件和所述第四构件之间的第二部分，所述第二部分构造成响应于所述第三构件和/或第四构件的变形而移动由施加到所述关节的扭矩引起的所述外框架和所述内框架之间的相对旋转程度确定的量。

10.根据权利要求9所述的扭矩传感器元件，其中，所述连接结构的第二部分包括第二臂，所述第二臂构造成移动由施加到所述关节的扭矩引起的所述外框架和所述内框架之间的相对旋转程度确定的量。

11.一种用于测量施加到关节的扭矩的扭矩传感器，所述扭矩传感器包括：

根据权利要求1至10中任一项所述的扭矩传感器元件；以及

测量元件，用于测量所述扭矩传感器元件的第一部分响应于由施加到关节的扭矩引起的外框架和内框架之间的相对旋转而移动的量，从而测量施加到关节的扭矩。

12.根据权利要求11所述的扭矩传感器，其中，所述测量元件构造成测量所述第一部分的旋转度，从而测量施加到所述关节的扭矩。

13.根据权利要求11或12所述的扭矩传感器，其中，所述测量元件包括磁性测量元件，所述磁性测量元件配置为通过测量由于所述连接结构的所述第一部分的移动而引起的磁场的变化来测量所述第一部分的移动。

14.一种机器人设备，包括：

主体；

末端执行器，通过一个或多个关节联接到所述主体；

推进系统，驱动所述一个或多个关节以控制所述机器人设备的状态；以及

根据权利要求11至13中任一项所述的扭矩传感器，所述扭矩传感器布置成测量施加到所述一个或多个关节之一的扭矩。

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