CN213703489U - 力传感器组件及包括该组件的执行器、机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种力传感器组件及包括该组件的执行器、机器人。其中，该力传感器组件包括：底座、弹性形变件、端盖和力传感器；力传感器包括：栅尺、位移测量模块和力检测模块；底座和端盖通过与弹性形变件固定连接而相对设置；且底座、弹性形变件和端盖围合形成腔体；至少栅尺和位移测量模块位于腔体内；且栅尺和位移测量模块中的之一固定于端盖上，另一个固定于底座上；位移测量模块对应栅尺设置，用于测量位移测量模块和栅尺的相对位移量；力检测模块通信连接位移测量模块；用于基于相对位移量检测外力值。采用本实用新型的技术方案可以具有受温度变化影响小、体积小，刚度高和/或安装方便等等优点。

Description

力传感器组件及包括该组件的执行器、机器人

技术领域

本实用新型涉及机器人技术领域，具体涉及力传感器组件及包括该组件的执行器、机器人。

背景技术

随着工业自动化的快速发展，机器人也得到快速发展和广泛应用。机器人可以包括人形机器人或者机械手。在机器人的末端设置执行器，机器人带动执行器运动到目标位置并控制执行器完成某些动作，比如：抓取或释放目标物、带动目标物运动、目标物之间的装配等等。

执行器可以根据完成动作的需要设计为任意结构，比如：夹爪或者吸盘。在一些情况下，基于对执行器进行受力信息的直接测量，可以对执行器、机器人完成闭环控制，因此根据力反馈信号可以优化执行器的输入；另外，通过力传感器直接测量执行器端力的大小，针对不同质量的物体，可以匹配不同的夹持力，相对无力传感器的执行器，增加了执行器的可靠性。

为实现上述目的，现有的做法一般是在执行器的输出端设置应变片力传感器进行力的测量，由于应变片力传感器受温度影响较大，因此在环境温度变化较大的情况下，测量精度容易受到影响；且高精度的应变片力传感器体积相对较大，应用在执行器端往往不太合适；另外，为了完成精密的力的测量需要与待测面保持紧密贴合，采用应变片力传感器往往贴合成功率较低；除此之外，应变片力传感器还存在造价高、刚度低等等各种问题，因此将应变片力传感器应用在执行器端并不是一个良好的选择。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例提供一种力传感器组件及包括该组件的执行器、机器人。

本实用新型第一方面提供一种力传感器组件，用于测量作用于所述力传感器组件上的外力值；所述力传感器组件包括：底座、弹性形变件、端盖和力传感器；所述力传感器包括：栅尺、位移测量模块和力检测模块；

所述底座和所述端盖通过与所述弹性形变件固定连接而相对设置；且所述底座、所述弹性形变件和所述端盖围合形成腔体；

至少所述栅尺和所述位移测量模块位于所述腔体内；且所述栅尺和所述位移测量模块中的之一固定于所述端盖上，另一个固定于所述底座上；

所述位移测量模块对应所述栅尺设置，用于测量所述位移测量模块和所述栅尺的相对位移量；

所述力检测模块通信连接所述位移测量模块；用于基于所述相对位移量检测所述外力值。

进一步，所述力传感器包括：3个栅尺和3个位移测量模块；

所述3个位移测量模块为：第一位移测量模块、第二位移测量模块和第三位移测量模块；

所述3个栅尺为：第一栅尺、第二栅尺和第三栅尺；其中，

所述第一栅尺和所述第一位移测量模块沿Y轴方向相对设置，用于检测沿所述Y轴方向的所述相对位移量；

所述第二栅尺和所述第二位移测量模块沿X轴方向相对设置，用于检测沿所述X轴方向的所述相对位移量；

所述第三栅尺和所述第三位移测量模块沿Z轴方向相对设置，用于检测所述栅尺和所述位移测量模块沿所述Z轴方向的相对位移量。

进一步，所述底座和所述端盖平行设置；所述第一栅尺和所述第三栅尺，及所述第一位移测量模块和所述第二位移测量模块垂直于所述底座或所述端盖设置；且所述第二栅尺及所述第二位移测量模块平行于所述底座或所述端盖设置，或与所述底座或所述端盖位于同一平面内。

进一步，所述3个栅尺通过支架固定于所述端盖或所述底座上。

进一步，所述第一位移测量模块和所述第三位移测量模块以电连接的方式固定于第一电路板上；和/或

所述第二位移测量模块以电连接的方式固定于第二电路板上。

进一步，所述第一电路板垂直固定于所述底座或所述端盖上；

所述第二电路板固定于所述底座或所述端盖上；且所述第二电路板平行于所述底座或所述端盖，或与所述底座或所述端盖位于同一平面内。

进一步，所述力传感器为光栅力传感器和/或磁栅力传感器。

进一步，所述弹性形变件为塑料件和/或橡胶件。

本实用新型第二方面提供一种执行器，所述执行器包括第一方面任一项所述的力传感器组件；所述力传感器组件通过所述底座固定于所述执行器的输出端。

进一步，所述执行器为夹爪；所述输出端为所述夹爪的夹取面。

进一步，所述输出端向内凹陷形成开口的容置槽；所述力传感器组件通过所述底座固定于所述容置槽内；所述端盖对应所述输出端；且

所述力传感器组件和所述容置槽之间形成可相对运动的空间。

本实用新型第三方面提供一种机器人，所述机器人包括至少一个第二方面任一项所述的执行器。

通过基于栅尺传感器和弹性形变件设计的力传感器组件，可以具有受温度变化影响小、体积小，刚度高和/或安装方便等等优点。

另外，通过将该力传感器组件应用于执行器上，由于该力传感器受温度变化影响较小，使得在执行器输出端的力测量受温度变化影响较小；由于该力传感器安装方便，可以加快和方便执行器整体的安装；由于该力传感器组件体积可以较小，因此使得执行器的输出端的面积往往较小，提高了执行器的应用范围等等。

另外，通过将该力传感器组件设计为三分力检测的力传感器，通过该力传感器可对三个方向的分力的复合荷载进行测量。当应用于机器人的执行器的输出端时，由于机器人本身存在多种姿态，通过沿X、Y、Z轴三个方向设置光栅，测量复合载荷沿X、Y、Z轴方向的各分力，从而得到真实的复合荷载的大小和方向，因此该力传感器组件在执行器位于任意姿态下抓取目标物后都可以完成力的测量。

另外，通过采用本实用新型的力传感器组件，由于其刚度高，变形小，可以减小因力传感器组件自身弹性形变引起的执行器末端的位置误差，进而提高采用该力传感器组件的机器人的定位、重复性定位精度；另外，也可以提高机器人在多姿态下的位姿保持度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例技术方案，下面将对实施例和现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本实用新型实施例提供的执行器的整体结构第一示意图；

图2为本实用新型实施例提供的执行器的爆炸结构第一示意图；

图3为本实用新型实施例提供的执行器的局部剖面第一示意图；

图4为本实用新型实施例提供的力传感器的部分整体结构第一示意图；

图5为本实用新型实施例提供的力传感器的爆炸第一示意图；

图6为本实用新型实施例提供的力传感器的爆炸第二示意图；

图7A为本实用新型实施例提供的光栅的局部第一示意图；图7B为本实用新型实施例提供的光栅的局部第二示意图；图7C为本实用新型实施例提供的磁栅的局部第一示意图；图7D为本实用新型实施例提供的磁栅的局部第二示意图；

图8A为本实用新型实施例提供的力传感器的标定结果的第一示意图；图8B为本实用新型实施例提供的力传感器的标定结果的第二示意图；图8C为本实用新型实施例提供的力传感器的标定结果的第三示意图；

图9为本实用新型实施例提供的机械手的整体结构第一示意图；

图10为本实用新型实施例提供的力测量方法的第一流程图。

附图符号说明：10执行器、20机械手、30力传感器组件、11输出端、31端盖、32弹性形变件、33底座、34力传感器、111容置槽、112空隙、341第一栅尺、342第二栅尺、343第三栅尺、344第一位移测量模块、345第二位移测量模块、346第三位移测量模块、347支架、348第一电路板、349第二电路板、350力检测模块。

具体实施方式

为了使本领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

如图4、5或6所示，在一个实施例中提供一种力传感器组件30。

如图1、2或9所示，在一个实施例中，该力传感器组件30可以安装于机器人20的执行器10的输出端11。当机器人生成控制指令控制执行器抓取目标物后，目标物对执行器施加反向的外作用力荷载，执行器的输出端安装的力传感器组件用于测量该外作用力的值(大小和方向)相关的力反馈信号，基于对执行器进行受力信息的直接测量，可以对执行器、机器人完成闭环控制，因此根据该外作用力值的反馈信号可以优化执行器的输入；另外，通过力传感器直接测量执行器端力的大小，针对不同质量的物体，可以匹配不同的夹持力，相对无力传感器的执行器，增加了执行器的可靠性等等。有关机器人和执行器后面实施例会有进一步说明。

如图6所示，在一个实施例中，该力传感器组件30包括：端盖31、弹性形变件32、底座33和力传感器34。其中，力传感器34包括：栅尺342(也为后面实施例所述的第二栅尺342)、位移测量模块345(也为后面实施例所述的第二位移测量模块345)和力检测模块(附图中省略)；

端盖31和底座33通过与弹性形变件32固定连接而相对设置，且端盖31、弹性形变件32和底座33共同围合形成腔体，至少栅尺342和位移测量345模块容置在该腔体内。

在一个优选实施例中，端盖31和底座33为非弹性形变材料和/或结构制成，这样力传感器组件的变形只由弹性形变件32一个因素的形变引起，因此可以提高最终测量的精度。

需要说明的是，端盖31、弹性形变件32和底座33可以围合形成一个密封的腔体或不密封的腔体。优选形成密封的腔体，这样可以防止灰尘或杂物进入腔体内，从而影响位于腔体内的光栅和位移测量模块的性能。

继续如图4或5所示，进一步，在一个实施例中，端盖31和底座33为矩形，则弹性形变件32形成一个对应端盖31和底座33边缘的矩形筒状结构，因此当底座31通过弹性形变件32固定连接端盖33后，底座31、弹性形变件32和端盖33共同围合形成横截面为矩形的腔体。需要说明的是，端盖、底座、弹性形变件及腔体的横截面除可以为矩形之外，也可以根据需要设计为任意形状。

需要说明的是，上述端盖31和底座33相对设置，并不一定要求端盖31和底座33位置上下完全对齐，通常二者位于相互平行的两个平面内，位置即使有一些相对错开，但只要保证能形成可容纳栅尺和位移测量模块的腔体都属于实用新型的保护范围；当然，本实用新型也并不限定端盖和底座一定要位于相互平行的两个平面内，二者即使位于相交的平面内，但只要调整栅尺和位移测量模块固定在端盖和底座上的角度，从而保证栅尺和位移测量模块可保持相对平行等等，都属于本实用新型的保护范围。

继续如图4或5所示，在一个优选实施例中，可以将栅尺342固定于端盖31对应底座33的第一面上，而将位移测量模块345固定于底座对应端盖的第二面上。由于端盖作为外力作用的直接被施加部，而底座用于与执行器固定连接，因此端盖在受力作用下相对底座发生位移，由于栅尺相对位移测量模块质量更轻，因此将栅尺固定于进行相对运动的端盖上能减轻力传感器组件自身重量，提高力传感器组件测量的灵敏度；除此之外，也可以将栅尺固定于底座对应端盖的第二面上，而将位移测量模块固定于端盖对应底座的第一面上。为方便理解，后面实施例以栅尺固定于端盖，而位移测量模块固定于底座为例进行说明。

继续如图6所示，力传感器34可以为：光栅力传感器和/或磁栅力传感器等等具有上述结构部件的力传感器；各力传感器可以为相对式力传感器和绝对式力传感器；其中，绝对式力传感器是指传感器通电时就可立即得到位置值并随时供后续信号处理电子电路读取，其无需移轴执行参考点回零操作，绝对位置信息来自一系列绝对码构成的栅尺刻线，通常有两个不同的码道的栅尺(如图7A或7C所示)，但不限于两个码道；而相对式力传感器的栅尺由周期性刻线组成(如图7B或7D所示)，刻轨信号通过细分生成位置值，同时也能生成供选用的增量信号，位置信息通过计算自某点开始的增量数获得。

在一个实施例中，以磁栅力传感器为例，该磁栅力传感器的位移测量模块可以为磁性编码器芯片；栅尺为由小磁极组成的磁栅尺(如图7C或7D所示)，由于磁栅是N极、S极间隔组成的，则在磁栅相对磁性编码器芯片的磁阻传感器做直线运动过程中，将在磁阻传感器处产生变化的磁场，磁性编码器芯片可以根据磁场的变化处理成磁栅的运动信息；进而通过力测量模块根据运动信息得到力的信息。该光栅力传感器可以包括相对式光栅力传感器(如图7D所示)和绝对式光栅力传感器(如图7C所示)。

在一个实施例中，以光栅力传感器为例，该光栅力传感器可以包括相对式光栅力传感器(如图7B所示)和绝对式光栅力传感器(如图7A所示)；另外，根据光路的传递路径，光栅力传感器组件可以分为：反射式光栅力传感器和透射式光栅力传感器。

如图7A所示，在一个实施例中，为方便理解，以绝对反射式光栅力传感器为例，进一步对上述力传感器的栅尺、位移测量模块和力检测模块进行详细说明。在光栅力传感器中，栅尺为光栅，光栅上可以包含有两条平行码道，每条码道上由反光和不反光的相间区域组成；需要说明的是，码道的数量并不限于两条，可以根据需要设计为任意的数量。位移测量模块344，用于基于光栅反射或者投射的光通过解析得到光栅的相对位移量，在一个实施例中，位移测量模块344可以为一编码器芯片，该编码器芯片主要包括光源、光敏元件和解析模块，光敏元件对应光栅的码道，当光源发光，光线经光栅的码道反射进入光敏元件，当光栅运动时，码道处于不同位置，且各光敏元件所接收的光会根据光栅位置改变而改变，根据两个光敏元件所接收的光转换成相应的电平信号，经过解析模块的解析得到光栅的相对位移量。需要说明的是，上述经过测量得到的相对位移量可以是相对位移量的真实值，也可以为按照某个预设比例代表真实值的代表值；另外，上述光栅和位移测量模块的结构仅仅作为理解本实用新型技术方案的一个实施例，应当理解的是，任何满足光栅和位移测量模块344功能要求的现在已有或将来开发的结构都属于本实用新型的保护范围。

在一个实施例中，上述力传感器34还可以包括电路板349(也可以作为后面实施例所述的第二电路板)，将位移测量模块345通过电连接的方式设置在该电路板349上，电路板349上可以设置用于适配的电阻、电容等等电子元件；另外，电路板349还可以作为支架，从而通过电路板349可以方便的将位移测量模块345固定于底座33或者端盖31上。比如：如图6所示，底座33可以设计成一个中空的框架33，可以将电路板349设置于框架33的中间，而电路板349的各个外缘可以嵌入框架33的各个边框上，从而固定于框架33中。

力检测模块通信连接位移测量模块345，用于根据位移测量模块345测量得到的相对位移量信号结合预先生成的标定结果计算得到具体的外力的值，后面实施例会有进一步详细的说明。该力检测模块可以固定于力传感器组件34的腔体内，也可以固定于腔体外，优选将力检测模块固定于腔体外，这样可以减少位于执行器端的力传感器组件的体积。需要说明的是，当力检测模块位于腔体外时，力检测模块350可以作为机器人20的控制单元21的一部分(如图9所示)或等同于机器人的控制单元；或者与机器人的控制单元分开设置(省略附图)。

具体的，该力检测模块可以包括但不限于：可编程逻辑控制器(ProgrammableLogic Controller，PLC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)、计算机设备(Personal Computer，PC)、工业控制计算机(Industrial Personal Computer，IPC)、数字信号处理器(Digital Signal Processer，DSP)、微控制单元(Microcontrollerunit，MCU)或服务器等等。

需要说明的是，栅尺和位移测量模块的数量可以根据待测量的力的方向设计成任意，比如：如图6所示，只设置沿X轴方向的栅尺。

继续如图4或5所示，进一步，在一个优选实施例中，力传感器34包括三个栅尺，即第一栅尺341、第二栅尺342和第三栅尺343和分别对应三个栅尺的三个位移测量模块，即第一位移测量模块344、第二位移测量模块345和第三位移测量模块346。

三个栅尺341、342、343和对应的3个位移测量模块344、345、346分别用于测量执行器的输出端11沿Y、X、Z轴三个方向的分力，基于三个方向的分力做向量合成可以进一步求取复合的外力值。

通过将该力传感器设计为三分力力传感器，通过该力传感器可对包括三个方向的分力的复合荷载进行测量。当应用于机器人(比如：机械手)的执行器的输出端时，由于机械手本身存在多种姿态，单一方向分力的测量在机械手位于不同姿态时可能无法完成力的测量，通过沿X、Y、Z轴三个方向设置栅尺，测量复合载荷沿X、Y、Z轴方向的各分力，从而得到真实的复合荷载的大小和方向，因此该力传感器组件可以不受姿态影响，在执行器位于任意姿态下抓取目标物后都可以完成力的测量。

继续如图5所示，进一步，在一个实施例中，三个栅尺341、342、343可以沿Y、X、Z轴三个方向分别固定在端盖31对应底座33的面上。比如：第一栅尺341和第三栅尺343沿Y轴和Z轴方向设置(比如：沿纵向设置)，用于分别测量沿Y轴和Z轴方向的受力；第二栅尺342沿X轴方向设置(比如：沿横向设置)，用于测量沿X轴方向的受力。

进一步，在一个实施例中，3个栅尺341、342、343可以通过支架347按照预设方向固定于端盖31上。

进一步，在一个实施例中，以端盖31和底座33相互平行为例，上述三个栅尺341、342、343沿Y、X、Z轴三个方向固定在端盖31上可以通过如下结构实现：

第一栅尺341和第三栅尺343垂直于端盖31设置；第二栅尺342平行于端盖31设置，或与端盖31位于同一平面内。

底座33上对应三个栅尺341、342、343分别固定3个位移测量模块344、345、346，则第一位移测量模块344和第三位移测量模块346垂直于底座33设置；第二位移测量模块345平行于底座33设置，或与底座位于同一平面内。当夹爪10的夹取面11因执行某些活动时，端盖31受到相应的作用力，由于端盖31通过弹性形变件32固定连接底座33，因此端盖31相对底座33发生相对运动，进而带动固定于端盖31上的光栅341、342、343相对固定于底座33上的位移测量模块344、345、346的编码器芯片发生相对运动，进而根据上面实施例所述的力传感器的工作原理，从而完成三个方向力的测量。

进一步，在一个实施例中，力传感器组件34还可以包括第一电路板348和/或第二电路板349；第一位移测量模块344和第三位移测量模块346共同以电连接的方式固定于第一电路板348上，比如：通过第一位移测量模块344的引脚焊接在第一单路板上；第二位移测量模块345以电连接的方式固定于第二电路板349上。除此之外，也可以将第一电路板和第二电路板用支架代替，使得各个位移测量模块如上面实施例所述的光栅一样通过支架以预设姿态固定于底座上。

进一步，在一个实施例中，当根据上面实施例所述，当第一栅尺341和第三栅尺343垂直于端盖31设置；第二栅尺342平行于端盖342设置，可以通过如下结构实现位移测量模块与栅尺的对应设置；

第一电路板348垂直于底座33设置；第二电路板349平行于底座33，或与底座33位于同一平面内设置，比如：可以根据上面实施例所述，底座33为框架33，可以将第二电路板349嵌入该框架33内，以于底座31位于同一平面内。

需要说明的是，上述弹性形变件32可以采用各种现在已有或将来开发的具有弹性形变功能的结构形成的结构件(比如：弹簧)，或者由弹性形变材料直接加工而成的结构件，在一个实施例中，弹性形变件可以包括但不限于：聚乙烯(polyethylene，PE)、聚丙烯(Polypropylene，PP)、聚氨酯(poly urethane，PU)等塑料件；和/或聚氨酯橡胶、丁腈橡胶、三元乙丙橡胶、硅胶等橡胶件。

需要说明的是，由于弹性形变件32采用的不同材料和/或结构，而不同材料和/或结构具有不同的参数(比如：密度、弹性模量)，受力后产生的弹性形变量不同，因此需要预先对力传感器组件进行标定。

标定结果可以采用各种现在已有或将来开发的方法生成，如图8A、8B或8C所示，在一个实施例中，以弹性形变件为PP件，力传感器为光栅力传感器为例，可以使用标准力源，在传感器的X、Y、Z轴三个方向依次施加不同的力，采集不同的力对应的端盖沿该力方向的位移实验数据(如图8A、8B或8C中左侧的图表所示)，根据力和对应的位移数据进行线性拟合，从而得到该拟合线的斜率y(如图8A、8B或8C中右侧的图表所示)，该斜率y即为力和位移的线性变换关系的标定结果。

在另一个实施例中，上述力传感器的工作原理是通过检测弹性形变件32的各向变形，间接测量各向分力值从而判断复合荷载的大小和方向。在一些实际力的测量过程中，因弹性形变件的结构和/或者材料的不同，可能会发生某一方向的力所产生的变形，不只是在该方向发生形变，另外两个方向也会发生一定的形变，因此不能根据某个方向的变形量直接得到该方向的分力大小，而需要结合三个方向的形变标定结果得到该方向的分力大小，从而得到真实的各个分力的复合荷载的大小和方向。

具体的，每个方向的分力对应的各个方向的形变量的标定结果的生成方法参见上面的实施例，在此不再赘述。

如图10所示，具体的，则上述基于上述力传感器组件的外力值测量方法可以包括如下方法步骤：

S101基于力传感器组件在三个方向的形变量求取分别沿X、Y、Z轴三个方向的分力；

设复合的外力为F，外力F在X、Y、Z轴三个方向的分力分别为F_x、F_y、F_z，各方向变形量为L_x、L_y、L_z；同样预先生成该力传感器组件的标定结果，则针对每个方向的分力分别形成针对X、Y、Z轴的形变标定斜率；则各个分力的计算公式如下：

其中，A₁、A₂、A₃分别为X方向分力分别在X、Y、Z轴方向上的标定斜率；

B₁、B₂、B₃分别为Y方向分力分别在X、Y、Z轴方向上的标定斜率；

C₁、C₂、C₃分别为Z方向分力分别在X、Y、Z轴方向上的标定斜率。

S102基于三个方向的分力求取复合的外力值。

具体检测过程为：通过力传感器组件检测到各方向的变形量，变形量数值代如公式(1)，可以求取三个方向的分力值，然后做向量合成即可完成复合的外力值(大小和方向)的检测，实现力传感器的力测量功能。

通过采用包括栅尺结构的力传感器组件，可以根据需要采用不同大小规格的栅尺，因此相对采用应变片力传感器，可以做到体积更小；

另外，栅尺相对应变片受温度变化影响更小，因此在温度变化较大的环境中测量更准确；

另外，可以通过感知弹性形变件微小的形变(比如：几十个微米)实现力/力矩的测量，相对传统的应变片传感器具有更高的刚度。

另外，可以通过底座直接将力传感器组件固定于执行器上，因此安装方便。

如图1或2所示，在一个实施例中，还提供一种执行器10，该执行器10可以应用在各种机器人上。

具体的，执行器10可以根据完成动作的需要设计为任意结构，本具体实施例以执行器10为如图1或2所示的结构造型的夹爪10为例进一步详细说明。

执行器10的输出端11设置力传感器组件30。具体的，输出端11可以为执行器10的用于夹取物体的夹取面11，即在夹取面11对应设置力传感器组件30。

需要说明的是，力传感器组件30可以设置在一侧的夹取面11上，也可以分别设置在两侧的夹取面11上。本具体实施例以力传感器组件30设置在一侧的夹取面上为例进一步详细说明。

进一步，在一个实施例中，为实现行器10的输出端11设置力传感器组件30，可以从执行器10的输出端11向内凹陷形成一端开口的容置槽111，力传感器组件30通过底座33固定于容置槽111内，力传感器组件30的端盖31对应夹取面11设置。

如图3所示，在一个实施例中，力传感器组件30通过底座33固定于(比如：通过卡接、螺接的方式固定)容置槽111的底部，使得位于容置槽111内的力传感器组件30的端盖31对应夹取面11设置。

具体的，上述端盖31对应夹取面11设置可以为：端盖31与夹取面11形成同一平面，或端盖31的至少部分略高于(如图3所示)/略低于夹取面11。如图3所示，优选端盖31的至少部分略高于夹取面11，这样在夹取目标物的过程中，被夹取的目标物施加的外力可以优先直接作用于端盖31上，从而帮助力传感器组件更加精准的完成力的测量。

由于力传感器组件30通过底座33固定于容置槽111内，当力传感器组件30的端盖31受到待测量力的作用时，由于端盖31通过弹性连接件固定连接底座33，因此端盖31可以相对底座33发生位移，进而带动光栅和位移测量模块发生相对运动，为此传感器组件和容置槽之间形成可相对运动的空间。具体的，该空间根据相对运动的方向形成，比如：如图3、4或5所示，可以在容置槽111的内侧壁与力传感器组件30的外侧壁之间形成一定的空隙112，这样给光栅和位移测量模块沿X轴和Y轴方向发生相对运动预留空间，另外根据上面实施例所述，容置槽111本身为开口槽，所以可以为光栅和位移测量模块沿Z轴方向发生相对运动预留空间。

通过采用上述结构的力传感器组件，可以更加方便、高效的将力传感器组件固定于执行器的容置槽内，比如：力传感器组件30通过底座33直接固定于容置槽内111。

有关力传感器组件的其它相关描述参见上面的实施例，在此不再重复赘述。

通过将该力传感器组件应用于执行器上，由于该力传感器受温度变化影响较小，使得在执行器输出端的力测量受温度变化影响较小；由于可以通过底座将力传感器组件直接固定于容置槽内，可以更加快捷和方便的将力传感器组件安装于执行器上；由于该力传感器组件体积可以较小，因此使得执行器的输出端的面积往往较小，提高了执行器的应用范围等等；

另外，通过将该力传感器组件设计为三分力检测的力传感器，通过该力传感器可对三个方向的分力的复合荷载进行测量。当应用于机械手的执行器的输出端时，由于机械手本身存在多种姿态，通过沿X、Y、Z轴三个方向设置栅尺，测量复合载荷沿X、Y、Z轴方向的各分力，从而得到真实的复合荷载的大小和方向，因此该力传感器组件在执行器位于任意姿态下抓取目标物后都可以完成力的测量。

如图9所示，在另一个实施例中，还提供一种机器人20，该机器人20包括至少一个上面实施例所述执行器10。

需要说明的是，机器人可以包括但不限于：人形机器人或者机械手；其中机械手可以包括串联机械手和并联机械手；串联机械手是指由多个关节串联而成，比如：四轴机械手、六轴机械手；并联机械手是指由多个关节并联而成，比如：Delta机械手。

具体的，如图9所示，以机器人20为六轴机械手20为例，可以将执行器10固定在机械手的末端关节的输出端的法兰盘上。

有关执行器的其它相关描述参见上面的实施例，在此不再重复赘述。

通过采用本实用新型的力传感器组件，由于其刚度高，变形小，可以减小因力传感器组件自身弹性形变引起的执行器末端的位置误差，进而提高采用该力传感器组件的机器人的定位、重复性定位精度；另外，也可以提高机器人在多姿态下的位姿保持度。

除非另有说明，当元件被表述“设置在”另一个元件上，它可以固定于另一个元件上，或者相对另一个元件可活动的连接。当一个元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“内”、“外”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本实用新型的说明书中所使用的属于只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本实用新型。

本文术语中“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如：A和/或B,可以表示单独存在A,同时存在A和B,单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

本实用新型的权利要求书和说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”等等(如果存在)是用来区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如：包括了一系列步骤或者模块的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或者模块，而是包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、系统、产品或设备固有的其它步骤或模块。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

需要说明的是，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的结构和模块并不一定是本实用新型所必须的。

以上对本实用新型实施例所提供的力传感器组件及包括该组件的执行器、机器人进行了详细介绍，但以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想，不应理解为对本实用新型的限制。本技术领域的技术人员，依据本实用新型的思想，在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种力传感器组件，用于测量作用于所述力传感器组件上的外力值；其特征在于，所述力传感器组件包括：底座、弹性形变件、端盖和力传感器；所述力传感器包括：栅尺、位移测量模块和力检测模块；

所述底座和所述端盖通过与所述弹性形变件固定连接而相对设置；且所述底座、所述弹性形变件和所述端盖围合形成腔体；

至少所述栅尺和所述位移测量模块位于所述腔体内；且所述栅尺和所述位移测量模块中的之一固定于所述端盖上，另一个固定于所述底座上；

所述位移测量模块对应所述栅尺设置，用于测量所述位移测量模块和所述栅尺的相对位移量；

所述力检测模块通信连接所述位移测量模块；用于基于所述相对位移量检测所述外力值。

2.根据权利要求1所述的力传感器组件，其特征在于，所述力传感器包括：3个栅尺和3个位移测量模块；

所述3个位移测量模块为：第一位移测量模块、第二位移测量模块和第三位移测量模块；

所述3个栅尺为：第一栅尺、第二栅尺和第三栅尺；其中，

所述第一栅尺和所述第一位移测量模块沿Y轴方向相对设置，用于检测沿所述Y轴方向的所述相对位移量；

所述第二栅尺和所述第二位移测量模块沿X轴方向相对设置，用于检测沿所述X轴方向的所述相对位移量；

所述第三栅尺和所述第三位移测量模块沿Z轴方向相对设置，用于检测所述栅尺和所述位移测量模块沿所述Z轴方向的相对位移量。

3.根据权利要求2所述的力传感器组件，其特征在于，所述底座和所述端盖平行设置；

所述第一栅尺和所述第三栅尺，及所述第一位移测量模块和所述第二位移测量模块垂直于所述底座或所述端盖设置；且

所述第二栅尺及所述第二位移测量模块平行于所述底座或所述端盖设置，或与所述底座或所述端盖位于同一平面内。

4.根据权利要求2或3所述的力传感器组件，其特征在于，所述3个栅尺通过支架固定于所述端盖或所述底座上。

5.根据权利要求2或3所述的力传感器组件，其特征在于，所述第一位移测量模块和所述第三位移测量模块以电连接的方式固定于第一电路板上；和/或

所述第二位移测量模块以电连接的方式固定于第二电路板上。

6.根据权利要求5所述的力传感器组件，其特征在于，所述第一电路板垂直固定于所述底座或所述端盖上；

所述第二电路板固定于所述底座或所述端盖上；且所述第二电路板平行于所述底座或所述端盖，或与所述底座或所述端盖位于同一平面内。

7.根据权利要求1-3任一项所述的力传感器组件，其特征在于，所述力传感器为光栅力传感器和/或磁栅力传感器。

8.根据权利要求1-3任一项所述的力传感器组件，其特征在于，所述弹性形变件为塑料件和/或橡胶件。

9.一种执行器，其特征在于，所述执行器包括权利要求1-8任一项所述的力传感器组件；所述力传感器组件通过所述底座固定于所述执行器的输出端。

10.根据权利要求9所述的执行器，其特征在于，所述执行器为夹爪；所述输出端为所述夹爪的夹取面。

11.根据权利要求9或10所述的执行器，其特征在于，所述输出端向内凹陷形成开口的容置槽；所述力传感器组件通过所述底座固定于所述容置槽内；所述端盖对应所述输出端；且

所述力传感器组件和所述容置槽之间形成可相对运动的空间。

12.一种机器人，其特征在于，所述机器人包括至少一个权利要求9-11任一项所述执行器。

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