[發明專利]一種用于力/扭矩傳感器溫度補償的方法

有效

• 申請號: 201880006830.1
• 申請日: 2018-04-25
• 公開（公告）號: CN110546474B
• 公開（公告）日: 2022-01-21
• 發明（設計）人: D.弗萊斯納;A.格盧西克
• 申請（專利權）人: 奧騰工業自動化（廊坊）有限公司
• 主分類號: G01L19/04
• 分類號: G01L19/04;G01L1/22;G01L3/14
• 代理公司: 北京市隆安律師事務所 11323
• 代理人: 權鮮枝

在得出應變計輸出之前，機器人力/扭矩傳感器上的應變計被單獨地溫度補償，以估測傳感器上的力和扭矩負載。熱傳感器被安裝靠近每個應變計，并且在已知負載和溫度下，獲得初始應變計和熱傳感器輸出。力/扭矩傳感器隨后經歷升溫，并且再次獲得應變計和熱傳感器輸出。這些應變計和熱傳感器輸出被處理，以諸如通過使用最小平方算法而計算對于溫度補償等式的系數。每個應變計輸出使用溫度補償等式而被補償，并且隨后組合應變計的溫度補償輸出，以得出溫度補償力和扭矩值。

技術領域

本發明總體上涉及用于機器人應用的力/扭矩傳感器，并且特別地涉及機器人力/扭矩傳感器上的應變計的熱補償。

背景技術

機器人技術是工業、醫學、科學和其它應用中不斷發展和日漸重要的領域。在其中機器臂或附接到其的工具接觸工件的許多情況下，必須密切監測所施加的力和/或扭矩。因此，力/扭矩傳感器是許多機器人系統的重要部件。

一種傳統類型的力/扭矩傳感器使用應變計，以測量連接兩個機械部件—一個連接到機器臂，并且另一個連接到機器人工具(或到工具的機械聯接)—的小梁的變形。例如，在本領域中稱為工具適配器板(TAP)的中心“樞紐”連接到工具。圍繞TAP環狀地布置并且從TAP間隔開的另一主體連接到機器人臂，所述另一主體在本領域中稱為安裝適配器板(MAP)。MAP和TAP通過多個相對薄(并且因此可機械變形)的梁連接到彼此，所述梁圍繞TAP徑向布置—在一些情況下類似于車輪的輻條。分別附接到TAP和MAP的物體之間的相對力或扭矩試圖相對于TAP移動MAP，而導致梁中的至少一些的略微變形或彎曲。

粘附到每個梁的一些或所有表面的應變計產生電信號，所述電信號與由梁經歷的變形成比例。通過得出應變計輸出的大小，并且記錄應變計的位置，可量化梁的應變，并且可估測TAP與MAP之間引起的力和扭矩。數個應變計類型、用于使應變計位于梁表面上的各種配置、使應變計相互連接的不同拓撲和校正其輸出的不同方法在本領域中是已知的。

機器人力/扭矩傳感器中的主要誤差來源是由于熱漂移而因此導致的不準確性。熱漂移來源包括環境溫度變化、環境溫度梯度和自熱。對于硅應變計，由于溫度變化而因此導致的輸出電壓中的變化可為由于所引起的應力而因此導致的輸出電壓變化的大小的若干倍—與應力傳感器相比，裝置可被考慮成更好的溫度傳感器。在半橋拓撲中連接應變計可補償溫度效應(但僅如果應變計是良好匹配的，并且僅如果其被放置成精確地與彼此相對)。此外，除了影響應變計輸出之外，機器人力-扭矩傳感器中的溫度變化可引起由于結構元件的不相等膨脹/壓縮而因此導致的機械應力，傳感器可將所述機械應力解釋成所施加的負載或力。理解和補償溫度誤差對于機器人力/扭矩傳感器設計和操作是主要挑戰。

本文件的背景技術部段被提供，以將本發明的實施例放置在技術性和操作性上下文中，以幫助本領域技術人員理解所述實施例的范圍和應用。除非被明確地識別如此，否則本文的陳述不僅僅通過將其包括在背景技術部段中而被承認為現有技術。

發明內容

以下呈現了本公開的簡化概括，以便為本領域技術人員提供基本理解。此概括不是本公開的廣泛概述，并且不旨在識別本發明的實施例的關鍵/重要元素或描述本發明的范圍。本概括的唯一目的是以簡化的形式作為稍后呈現的更詳細描述的前奏而呈現本文公開的一些構思。

根據本文描述和要求保護的一個或多個實施例，機器人力/扭矩傳感器上的應變計在得出應變計輸出之前被單獨地溫度補償，以估測傳感器上的力和扭矩負載。熱傳感器靠近每個應變計被安裝，并且在已知負載和溫度下獲得初始應變計和熱傳感器輸出。力/扭矩傳感器隨后經歷升溫，并且再次獲得應變計和熱傳感器輸出。這些應變計和熱傳感器輸出被處理，以諸如通過使用最小平方算法而對于溫度補償等式計算系數。每個應變計輸出使用溫度補償等式而被補償，并且隨后組合應變計的溫度補償輸出，以得出溫度補償力和扭矩值。