ES3056889T3

ES3056889T3 - Multi-axis force and torque sensor and robot having the same

Info

Publication number: ES3056889T3
Application number: ES19830161T
Authority: ES
Inventors: Hao Jiang; Shiquan Wang
Original assignee: Flexiv Robotics Inc; Flexiv Ltd
Current assignee: Flexiv Robotics Inc; Flexiv Ltd
Priority date: 2018-07-02
Filing date: 2019-07-01
Publication date: 2026-02-25
Anticipated expiration: 2039-07-01
Also published as: EP3814076B1; CN111183007A; WO2020009961A1; EP3814076A1; EP3814076A4; JP2021534426A; CN111183007B; JP7096560B2; US20200003645A1; US11287340B2

Abstract

Se proporciona un sensor de fuerza y par multieje y un robot. El sensor incluye un primer elemento de soporte, un segundo elemento de soporte, un componente deformable conectado entre ambos, y múltiples pares de señales. El componente deformable está configurado para deformarse en respuesta a la fuerza y el par externos aplicados en múltiples direcciones. Cada par de señales incluye un imán y un detector de efecto Hall. El imán está montado en uno de los dos elementos de soporte, y el detector de efecto Hall está montado en el otro. El detector de efecto Hall se ubica en correspondencia con el imán correspondiente. Una o más direcciones de magnetización de los imanes de los pares de señales son diferentes, de modo que los pares de señales pueden medir la fuerza y el par aplicados sobre el primer y el segundo elemento de soporte en direcciones diferentes. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

[0002] Sensor de fuerza y par de múltiples ejes y robot que tiene el mismo

[0003] Campo técnico

[0004] La presente divulgación se refiere en general a la tecnología de detección, y en particular a un sensor de fuerza y par de múltiples ejes y un robot que tiene el mismo.

[0005] Antecedentes

[0006] Los sensores de fuerza y par de múltiples ejes se utilizan ampliamente en manipulación robótica, industrias de automatización y experimentos de laboratorio. Las soluciones existentes usan diseños basados en galgas extensiométricas o basados en codificadores. Los sensores de galgas extensométricas son susceptibles a cambios de temperatura y calidad de fabricación variable, y también tienen altos costes de fabricación. Los sensores basados en codificador son más robustos, pero tienen una rigidez baja, lo que puede afectar significativamente a la dinámica general del sistema y dar como resultado un ancho de banda mecánico bajo que no es adecuado para aplicaciones de detección y control de alta velocidad. La gran desviación estructural también contribuye a graves problemas de diafonía y no linealidad.

[0007] En vista de lo anterior, existe la necesidad de un nuevo tipo de sensor de fuerza y par de múltiples ejes.

[0008] El documento US 2018/099421 divulga un dispositivo de medición de desplazamiento que comprende un primer y segundo sensores configurados para generar una señal eléctrica correspondiente a un desplazamiento entre la primera y la segunda estructuras en diferentes direcciones.

[0009] El documento JP S60-177232 divulga un detector de múltiples componentes de fuerza que comprende imanes y elementos Hall dispuestos para detectar fuerzas que operan en diferentes direcciones.

[0010] El documento US 2012/205931 divulga un sensor de fuerza que corrige las tensiones de salida de los elementos Hall sin usar un sensor de temperatura.

[0011] Sumario

[0012] Un sensor de fuerza y par de múltiples ejes de acuerdo con la invención se define en la reivindicación 1.

[0013] De acuerdo con la presente divulgación, un sensor de fuerza y par de múltiples ejes puede incluir múltiples pares de señales. Estos pares de señales pueden usarse para el cálculo de la fuerza y el par aplicados en el sensor en diferentes direcciones y también pueden usarse para la cancelación de carga fuera del eje y la compensación de temperatura. Por lo tanto, el sensor proporcionado por la presente divulgación puede utilizarse para medir la fuerza y el par que actúan sobre el mismo en diferentes direcciones de manera más precisa.

[0014] Breve descripción de los dibujos

[0015] Para explicar claramente las soluciones técnicas en las realizaciones de la presente divulgación, a continuación se describirán brevemente los dibujos utilizados en la descripción de las realizaciones. Los dibujos en la siguiente descripción son meramente realizaciones ilustrativas de la presente divulgación. Para los expertos en la materia, otras realizaciones también pueden derivarse basándose en estos dibujos sin necesidad de actividad inventiva.

[0016] La FIG.1 ilustra una vista isométrica de un sensor de fuerza y par de múltiples ejes de acuerdo con una realización de la presente divulgación.

[0017] La FIG. 2 es un diagrama esquemático de un conjunto de detección de ejemplo de un sensor de fuerza y par de múltiples ejes de acuerdo con una realización de la presente divulgación.

[0018] La FIG. 3 ilustra una vista en sección transversal de un sensor de fuerza y par de múltiples ejes de acuerdo con una realización de la presente divulgación.

[0019] La FIG.4 muestra una disposición de ejemplo de pares de señales en el primer disco de un sensor de fuerza y par de múltiples ejes de acuerdo con una realización de la presente divulgación.

[0020] La FIG.5 muestra una disposición de ejemplo de pares de señales en el cuarto disco de un sensor de fuerza y par de múltiples ejes de acuerdo con una realización de la presente divulgación.

[0021] La FIG. 6 es un diagrama esquemático de un sensor de fuerza y par de múltiples ejes de acuerdo con una realización de la presente divulgación.

[0022] La FIG. 7 es un diagrama esquemático de un robot de acuerdo con una realización de la presente divulgación. Descripción detallada

[0023] La divulgación se describirá ahora en detalle con referencia a los dibujos y ejemplos adjuntos. Las realizaciones descritas son meramente ilustrativas y representan un subconjunto de las realizaciones de la presente divulgación. Un experto en la materia puede reconocer realizaciones adicionales basándose en las realizaciones de la presente divulgación, sin esfuerzos creativos, y todas tales realizaciones caen dentro del alcance de la presente divulgación. Las FIGS.1 a 3 muestran la estructura de un ejemplo de sensor de fuerza y par de múltiples ejes 110 de acuerdo con una realización de la presente divulgación. Como se muestra en las FIGS. 1-3, el sensor de fuerza y par de múltiples ejes 110 puede incluir un primer elemento de soporte 10, un segundo elemento de soporte 20, un componente deformable 30 y un número de pares de señales 40.

[0024] En algunos aspectos de la presente divulgación, un componente deformable 30 puede conectarse entre el primer elemento de soporte 10 y el segundo elemento de soporte 20. El componente deformable 30 puede diseñarse de tal manera que la fuerza o el par aplicado en una primera dirección sobre el elemento de soporte 10 y en una segunda dirección diferente sobre el elemento de soporte 20 hará que el componente deformable 30 se desvíe de tal manera que haya una relativa movimiento entre los dos elementos de soporte 10 y 20. En algunas realizaciones, el primer elemento de soporte 10, el segundo elemento de soporte 20 y el componente deformable 30 pueden estar hechos del mismo material, por ejemplo, aleación de aluminio, aleación de titanio, aleación de acero inoxidable, etc.

[0025] En algunos ejemplos, cada par de señales 40 del sensor de fuerza y par de múltiples ejes 110 puede incluir un emisor de señales 401 y un receptor de señales 402. El emisor de señales 401 puede instalarse en el primer elemento de soporte 10 o en el segundo elemento de soporte 20 y el receptor de señales 402 puede instalarse en el otro elemento de soporte. La configuración de ejemplo permite que el emisor de señales 401 y el receptor de señales 402 se usen para detectar cooperativamente el desplazamiento relativo entre el primer elemento de soporte 10 y el segundo elemento de soporte 20.

[0026] En algunas realizaciones, los pares de señales 40 pueden configurarse de tal manera que el desplazamiento relativo detectado entre los elementos de soporte 10 y 20 por los pares de señales 40 permite el cálculo de la fuerza o el par que actúa sobre el sensor de fuerza y par de múltiples ejes 110 en diferentes direcciones. Por ejemplo, el sensor de fuerza y par de múltiples ejes 110 puede incluir seis pares de señales 40. Los seis pares de señales 40 pueden configurarse para medir el desplazamiento relativo entre el primer elemento de soporte 10 y el segundo elemento de soporte 20 en diferentes direcciones (direcciones axial, radial y circunferencial). Los resultados detectados pueden usarse para calcular la fuerza y el par que actúan sobre el sensor de fuerza y par de múltiples ejes 110 en seis ejes o direcciones (por ejemplo, traslación x, traslación y, traslación z, rotación x, y- rotación y rotación en z).

[0027] En algunas realizaciones de la presente divulgación, el sensor de fuerza y par de múltiples ejes 110 puede incluir más pares (por ejemplo, 3, 4 o más) de emisores de señal 21 y receptores de señal 22 en cada par de señal 40. Tales pares de señales 40 con pares adicionales de emisores de señales 21 y receptores de señales 22 pueden permitir un cálculo más preciso de la fuerza y el par aplicados en el sensor de fuerza y par de múltiples ejes 110 en diferentes direcciones. También se pueden usar para la cancelación de carga fuera del eje y la compensación de temperatura, lo que también puede permitir un cálculo más preciso de la fuerza y el par aplicados en el sensor de fuerza y par de múltiples ejes 110 en diferentes direcciones.

[0028] En algunos ejemplos de la presente divulgación, los pares de señales 40 pueden ser inductivos, capacitivos, resistivos, ópticos o pueden usar otras modalidades de señalización adecuadas. En algunas realizaciones, el emisor de señales 401 de cada par de señales 40 puede ser un imán mientras que el receptor de señales 402 puede ser un sensor de efecto Hall.

[0029] Un sensor de efecto Hall puede funcionar de la siguiente manera. Cuando un sensor de efecto Hall detecta la intensidad de campo magnético perpendicular a un eje de magnetización de un imán y es capaz de moverse a lo largo del eje de magnetización, la relación entre el desplazamiento del sensor de efecto Hall y la intensidad de campo magnético detectada por el sensor de efecto Hall es sustancialmente lineal. Cuando un sensor de efecto Hall detecta la intensidad de campo magnético perpendicular al eje de magnetización de un imán y es capaz de moverse perpendicular al eje de magnetización, la relación entre la intensidad de campo magnético detectada y el desplazamiento del sensor es menos lineal y puede modelarse con funciones no lineales, por ejemplo, funciones polinómicas. Las direcciones de magnetización de los imanes de los pares de señales 40 pueden disponerse en consecuencia de manera diferente de modo que los pares de señales 40 sean capaces de medir la fuerza y el par aplicados sobre el primer elemento de soporte 10 y el segundo elemento de soporte 20 en diferentes direcciones. De acuerdo con la invención, el primer elemento de soporte 10 puede incluir un primer disco 101 y un tercer disco 102 y el segundo elemento de soporte 20 puede incluir un segundo disco 201 y un cuarto disco 202. El primer disco 101, el segundo disco 201, el tercer disco 102 y el cuarto disco 202 pueden extenderse sustancialmente paralelos entre sí, como se muestra en la FIG.1. En tales realizaciones, el componente deformable 30 puede incluir un primer elemento de flexión (no etiquetado) y un segundo elemento de flexión (no etiquetado). El primer disco 101 y el segundo disco 201 pueden estar conectados por el primer elemento de flexión, y conjuntamente constituyen un conjunto de detección superior 301. El tercer disco 102 y el cuarto disco 202 pueden estar conectados por el segundo elemento de flexión y constituir cooperativamente un conjunto de detección inferior 302. En esta realización, tanto el conjunto de detección superior 301 como el conjunto de detección inferior 302 pueden tener una configuración en forma de H, como se muestra en la FIG. 3.

[0031] En algunos ejemplos, el conjunto de detección superior 301 puede apilarse sobre el conjunto de detección inferior 302. En tales ejemplos, los pares de señales 40 pueden distribuirse uniformemente en los dos conjuntos de detección 301 y 302 respectivos. La distribución uniforme puede permitir una instalación más fácil de los pares de señales 40 y puede reducir la interferencia entre los pares de señales 40. En algunas realizaciones, el primer elemento de soporte 10 y el segundo elemento de soporte 20 pueden incluir cada uno solo un disco. Por ejemplo, el primer elemento de soporte 10 solo puede incluir un primer disco 101 y el segundo elemento de soporte 20 puede incluir solo un tercer disco 102. En tales realizaciones, los pares de señales 40 pueden montarse en los dos discos (por ejemplo, el primer disco 101 y el tercer disco 102) para medir el movimiento relativo entre los dos elementos de soporte 10 y 20.

[0033] Como se ilustra en las FIGS. 1 a 3, en algunas realizaciones, el sensor de fuerza y par de múltiples ejes 110 puede incluir adicionalmente un número de estructuras de puente 50 y 60 (por ejemplo, seis en el ejemplo ilustrado). En diversos aspectos, las primeras estructuras de puente 50 pueden configurarse para conectar rígidamente el primer disco 101 y el tercer disco 102 mientras que las segundas estructuras de puente 60 pueden configurarse para conectar rígidamente el segundo disco 201 y el cuarto disco 202. En algunos ejemplos, las estructuras de puente 50 y 60 pueden ser mucho más rígidas que el primer elemento de soporte 10 y el segundo elemento de soporte 20. En tales ejemplos, cuando se aplica una fuerza pura o un par en el eje Z (por ejemplo, como se muestra en la FIG. 3), o una combinación de ambos, en el sensor de fuerza y par de múltiples ejes 110, las estructuras de puente 50 mucho más rígidas y 60 pueden permitir que la carga se distribuya uniformemente a través de los conjuntos de detección superior e inferior 301 y 302. Cuando se aplica un par de eje X (por ejemplo, como se muestra en la Fig.3) o eje Y (por ejemplo, dentro o fuera de la página en la Fig. 3) al sensor de fuerza y par de múltiples ejes 110, la rigidez de las estructuras de puente 50 y 60 permiten que una gran parte de la carga de par se distribuya en las fuerzas del eje X y del eje Y en los conjuntos de detección superior e inferior 301 y 302. Esta distribución en las fuerzas del eje X y del eje Y puede dar como resultado una rigidez optimizada y ampliada en la torsión del eje X y del eje Y en algunos casos. En diversos casos, las estructuras de puente paralelas 50 y 60 pueden aumentar la rigidez del sensor de fuerza y par de múltiples ejes general 110 contra los momentos aplicados alrededor del eje X y el eje Y, para lograr la sensibilidad de detección deseada en los seis detectar los DOF (grados de libertad) del sensor de fuerza y par de múltiples ejes 110.

[0035] En algunos ejemplos de la presente divulgación, las estructuras de puente 50 y 60 pueden encerrar al menos parcialmente los pares de señales 40 para proteger el emisor de señales 401 y el receptor de señales 402 de ser perturbados por señales externas. En algunos ejemplos, las estructuras de puente 50 y 60 pueden estar hechas de un material basándose en el tipo de pares de señales 40 usados. Por ejemplo, si se usan señales magnéticas en los pares de señales 40, las estructuras de puente 50 y 60 pueden estar hechas de material de alta permeabilidad magnética tal como supermalloy, aleaciones de supermumetal, sanbold, permalloy, acero al carbono, acero martensita, etc. Si las señales ópticas se utilizan en los pares de señales 40, las estructuras de puente 50 y 60 pueden estar hechas de material de bloqueo de luz tal como plásticos opacos, metales, caucho, etc.

[0037] Haciendo referencia a la FIG. 2, el sensor de fuerza y par de múltiples ejes 110 puede incluir además múltiples pasadores de espiga 70. La FIG. 3 muestra una sección transversal de una realización con pasadores de espiga 701 y 702. En algunos ejemplos, el pasador de espiga 701 puede extenderse desde el segundo disco 201 y pasar a través del primer disco 101. Puede existir un espacio libre (por ejemplo, un hueco) entre el pasador de espiga 701 y el primer disco 101 en la dirección de extensión del primer disco 101, como se ilustra en la FIG. 3. En algunos ejemplos, el pasador de espiga 702 puede extenderse desde el tercer disco 102 y pasar a través del cuarto disco 202. También puede existir un espacio libre (por ejemplo, un hueco) entre el pasador de espiga 702 y el cuarto disco 202 en la dirección de extensión del cuarto disco 202, como se ilustra en la FIG. 3.

[0039] Volviendo a la FIG. 2, los pasadores de espiga 70 pueden proporcionar protecciones de sobrecarga de torsión en el eje X y en el eje Y y en el eje Z de tal manera que se puede evitar que el componente deformable 30 se desvíe demasiado en la dirección radial y la dirección circunferencial del sensor de fuerza y par de múltiples ejes 110. Por ejemplo, volviendo a la FIG. 3, si un conjunto de detección superior 301 o un conjunto de detección inferior 302 se desvía excesivamente bajo una fuerza o par externo, el pasador de espiga 701 y/o el pasador de espiga 702 pueden moverse a través de su espacio libre respectivo (por ejemplo, hueco) y entrar en contacto con el disco correspondiente. Por ejemplo, una sobrecarga puede hacer que el pasador de espiga 701 entre en contacto con el primer disco 101 y que el pasador de espiga 702 entre en contacto con el cuarto disco 202. Los pasadores de espiga 701 y 702 pueden evitar de este modo una mayor desviación del conjunto de detección superior 301 y/o el conjunto de detección inferior 302, respectivamente, que puede provocar una deformación plástica y dañar el conjunto de detección superior 301 o el conjunto de detección inferior 302.

[0041] En algunas realizaciones de la presente divulgación, las estructuras de puente 50 y/o las estructuras de puente 60 pueden tener un bloque de detención. El bloque de detención puede habilitar la protección de sobrecarga de torsión del eje X y del eje Y y de traslación del eje Z. Por ejemplo, como se muestra en la FIG. 3, las estructuras de puente 50 pueden incluir un bloque de tope 501. El bloque de tope 501 puede estar ligeramente separado del segundo disco 201 en la dirección axial (por ejemplo, el eje Z como se ilustra) del sensor de fuerza y par de múltiples ejes 110. En el ejemplo ilustrado, cuando el primer disco 101 se mueve excesivamente más cerca o más lejos del segundo disco 201 (por ejemplo, a lo largo de la dirección del eje Z ilustrado), el segundo disco 201 entra en contacto con el bloque de tope 501, y la compresión rígida entre el segundo disco 201 y el bloque de tope 501 pueden evitar un movimiento adicional que pueda causar deformación plástica y dañar el conjunto de detección superior 301. En algunos ejemplos, la estructura de puente 60 puede tener un bloque de tope que está configurado de manera idéntica para proteger el conjunto de detección inferior 302 de ejemplo.

[0042] Haciendo referencia a la FIG. 3, en algunas realizaciones, puede instalarse una estructura de sujeción 403 en el segundo disco 201 (e idénticamente en el tercer disco 102) para montar el receptor de señal 402. En tales realizaciones, el bloque de tope 501 puede configurarse para golpear la estructura de sujeción 403 en lugar del segundo disco 201 cuando se aplica una fuerza o par externo excesivo. Debería entenderse que las estructuras de puente 60 pueden tener una estructura y función similar o idéntica a las estructuras de puente 50 como se describe en el presente documento, aunque la estructura y función de las estructuras de puente 60 no se describen en detalle en el presente documento.

[0043] Las FIGS.4 y 5 ilustran una disposición de ejemplo de los pares de señales 40 en el primer elemento de soporte 10 y el segundo elemento de soporte 20, respectivamente. En esta realización, el sensor de fuerza y par de múltiples ejes 110 puede incluir seis pares de señales magnéticas 40, tres en el primer elemento de soporte 10 y tres en el segundo elemento de soporte 20. En un ejemplo, la dirección de magnetización de los imanes 401a instalados en el primer disco 101 puede ser paralela a la dirección circunferencial del sensor de fuerza y par de múltiples ejes 110, como se muestra en la FIG. 4. La dirección de magnetización de los imanes 401b instalados en el cuarto disco 202 puede ser paralela a la dirección axial del sensor de fuerza y par de múltiples ejes 110, como se muestra en la FIG. 5. Los sensores de efecto Hall 402a se ilustran opuestos a los imanes 401a en la FIG. 4 y los sensores de efecto Hall 402b se ilustran opuestos a los imanes 401b en la FIG.5.

[0044] En la configuración representada del conjunto de detección superior 301 en el que están instalados los imanes 401a y los sensores de efecto Hall 402a (como se muestra en la FIG. 4) puede detectar las seis fuerzas/pares excepto la fuerza axial Z, pero solo los pares alrededor de la El eje Z se puede calcular directamente a partir de este único conjunto de detección superior 301. En la configuración representada del conjunto de detección inferior 302 en el que están instalados los imanes 401b y los sensores de efecto Hall 402b (como se muestra en la FIG. 5) puede detectar las seis fuerzas/pares excepto los pares alrededor del eje Z, pero solo el Z -las fuerzas axiales se pueden calcular directamente a partir de este único conjunto de detección inferior 302. Sin embargo, aplicando una función de transferencia simple de la estructura mecánica del sensor de fuerza y par de múltiples ejes 110, se pueden derivar la desviación y las fuerzas/pares en todo el sensor de fuerza y par de múltiples ejes 110.

[0045] Por ejemplo, una fuerza/par de seis dimensiones aplicada en todo el sensor de fuerza y par de múltiples ejes 110 puede hacer que cada sensor de efecto Hall 402a o 402b se mueva linealmente en las tres dimensiones (por ejemplo, a lo largo del eje X, Y- eje y eje Z) con respecto a su correspondiente imán 401a o 401b. Dos de los tres tipos de movimientos (por ejemplo, a lo largo del movimiento a lo largo del eje X y el eje Y) pueden ser captados por el cambio en los campos magnéticos, mientras que el último tipo de movimiento (por ejemplo, el movimiento a lo largo del eje Z) no puede ser. Los dos tipos de movimientos que se captan pueden calcularse con una función lineal o no lineal. Por lo tanto, con los cambios de lectura en cada sensor de efecto Hall 402a o 402b, puede derivarse el movimiento de cada sensor de efecto Hall 402a o 402b con respecto a su imán 401a o 401b. Aplicando una función de transferencia simple de la estructura mecánica, se puede derivar la desviación y las fuerzas/pares en todo el sensor de fuerza y par de múltiples ejes 110. Por lo tanto, las seis fuerzas y pares pueden calcularse a partir de los seis pares de señales 40 usando un método de calibración, de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación.

[0046] Adicionalmente, en algunos casos, debido a que no todos los imanes 401a o 401b están polarizados en la misma dirección para cada conjunto de detección superior e inferior 301 y 302, la influencia de la temperatura en los conjuntos de detección 301 y 302 puede suprimirse usando un método diferencial. Por ejemplo, los cambios de señal provocados por cambios de temperatura hacen que las señales de los pares de señales 40 cambien con la misma tendencia y, por lo tanto, restando una de la otra, pueden suprimirse los cambios de temperatura. En otros aspectos de la presente divulgación, la disposición de los pares de señales 40 puede ser diferente de la mostrada en las FIGS. 4 y 5 para lograr el mismo propósito descrito.

[0047] Haciendo referencia a la FIG. 6, el sensor de fuerza y par de múltiples ejes 110 puede incluir además una carcasa superior 801, una carcasa inferior 802 y un sello 803. La carcasa superior 801 puede estar conectada de manera fija al primer elemento de soporte 10, y la carcasa inferior 802 puede estar conectada de manera fija al segundo elemento de soporte 20. El sello 803 se puede conectar entre la carcasa superior 801 y la carcasa inferior 802. La carcasa superior 801, la carcasa inferior 802 y el sello 803 pueden encerrar cooperativamente el primer elemento de soporte 10, el segundo elemento de soporte 20, el componente deformable 30 y los pares de señales 40, y pueden evitar que entre agua o polvo externo en el interior y dañar estos componentes.

[0048] La presente divulgación también proporciona un robot y un efector final. La FIG. 7 ilustra un robot 900 de ejemplo que puede incluir múltiples varillajes 901 y un efector final 902 conectados sucesivamente. El efector final 902 puede incluir un sensor de fuerza y par de múltiples ejes 110 que se utiliza para medir la fuerza y el par externos que actúan sobre el efector final 902. El sensor de fuerza y par de múltiples ejes 110 puede ser similar a una cualquiera de las realizaciones descritas anteriormente. En otras realizaciones, el sensor de fuerza y par de múltiples ejes 110 puede utilizarse alternativamente en otras partes (por ejemplo, el accionador) del robot 900.

[0049] En otros ejemplos de acuerdo con la presente divulgación, el sensor de fuerza y par de múltiples ejes 110 puede utilizarse en otros campos y dispositivos, por ejemplo, robots industriales, robots humanoides, vehículos, dispositivos de conducción, dispositivos de medición, etc.

[0050] Sin elaboración adicional, se cree que un experto en la materia puede usar la descripción anterior para utilizar las invenciones reivindicadas en su máxima extensión. Los ejemplos y realizaciones divulgados en el presente documento deben interpretarse como meramente ilustrativos y no como una limitación del alcance de la presente divulgación de ninguna manera. Será evidente para los expertos en la materia que pueden realizarse cambios en los detalles de las realizaciones descritas anteriormente sin apartarse de los principios subyacentes analizados. En otras palabras, diversas modificaciones y mejoras de las realizaciones divulgadas específicamente en la descripción anterior están dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas. Por ejemplo, se contempla cualquier combinación adecuada de características de las diversas realizaciones descritas.

Claims

1. REIVINDICACIONES

1. Un sensor de fuerza y par de múltiples ejes (110) que comprende:

un primer elemento de soporte (10);

un segundo elemento de soporte (20);

un componente deformable (30) conectado entre el primer elemento de soporte (10) y el segundo elemento de soporte (20), el componente deformable (30) configurado para desviarse en respuesta a la fuerza externa aplicada y al par en múltiples direcciones; y

una pluralidad de pares de señales (40), incluyendo cada uno un imán (401) y un detector de efecto Hall (402), el imán (401) está montado en uno del primer elemento de soporte (10) y el segundo elemento de soporte (20), en donde el detector de efecto Hall (402) está montado en el otro del primer elemento de soporte (10) y el segundo elemento de soporte (20), y está ubicado de manera correspondiente al respectivo imán (401);

en donde las direcciones de magnetización de los imanes (401) de la pluralidad de pares de señales (40) son diferentes, de modo que la pluralidad de pares de señales (40) son capaces de medir la fuerza y el par aplicados sobre el primer elemento de soporte (10) y el segundo elemento de soporte (20) en diferentes direcciones, caracterizado por que

el primer elemento de soporte (10) incluye un primer disco (101) y un tercer disco (102), el segundo elemento de soporte (20) incluye un segundo disco (201) y un cuarto disco (202), y el componente deformable (30) incluye un primer elemento de flexión y un segundo elemento de flexión, y

en donde el primer disco (101) y el segundo disco (201) están conectados por el primer elemento de flexión y constituyen cooperativamente un conjunto de detección superior (301), el tercer disco (102) y el cuarto disco (202) están conectados por el segundo elemento de flexión y conjuntamente constituyen un conjunto de detección inferior (302), y el conjunto de detección superior (301) está apilado sobre el conjunto de detección inferior (302); en donde el primer, segundo, tercer y cuarto discos (101, 201, 102, 202) se extienden sustancialmente paralelos entre sí.

2. El sensor de la reivindicación 1, en donde

la pluralidad de pares de señales incluye seis pares de señales (40),

las direcciones de magnetización de los imanes (401a) de tres de los seis pares de señales se encuentran en un plano común que es paralelo a una dirección circunferencial del sensor (110), y

las direcciones de magnetización de los imanes (401b) de los otros tres de los seis pares de señales son paralelas a una dirección axial del sensor (110).

3. El sensor de la reivindicación 1, que comprende, además:

una pluralidad de primeras estructuras de puente (50) que conectan rígidamente el primer disco (101) y el tercer disco (102), y

una pluralidad de segundas estructuras de puente (60) que conectan rígidamente el segundo disco (201) y el cuarto disco (202).

4. El sensor de la reivindicación 3, en donde cada una de la pluralidad de estructuras de puente primera y segunda (50, 60) incluye material de alta permeabilidad magnética, y está ubicada de manera correspondiente a y al menos encierra parcialmente una respectiva de la pluralidad de pares de señales (40).

5. El sensor de la reivindicación 3, en donde

cada una de la pluralidad de primeras estructuras de puente (50) incluye un primer bloque de tope (501) separado del segundo disco (201) en una dirección axial del sensor (110), el primer bloque de tope (501) configurado para evitar que el primer elemento de flexión se desvíe demasiado en la dirección axial, y

cada una de la pluralidad de segundas estructuras de puente (60) incluye un segundo bloque de tope separado del tercer disco (102) en la dirección axial del sensor (110), el segundo bloque de tope configurado para evitar que el segundo elemento de flexión se desvíe demasiado en la dirección axial.

6. El sensor de la reivindicación 5, que comprende, además:

un primer pasador de espiga (701) que se extiende desde el segundo disco (201) y que pasa a través del primer disco (101), en donde hay un espacio libre entre el primer pasador de espiga (701) y el primer disco (101) en una dirección de extensión del primer disco (101), y en donde el primer pasador de espiga (701) está configurado para evitar que el primer elemento de flexión se desvíe demasiado en una dirección radial y una dirección circunferencial del sensor (110); y

un segundo pasador de espiga (702) que se extiende desde el tercer disco (102) y que pasa a través del cuarto disco (202), en donde hay un espacio libre entre el segundo pasador de espiga (702) y el cuarto disco (202) en una dirección de extensión del cuarto disco (202), y en donde el segundo pasador de espiga (702) está configurado para evitar que el segundo elemento de flexión se desvíe demasiado en una dirección radial y una dirección

circunferencial del sensor (110).

7. El sensor de la reivindicación 1, que comprende, además:

una carcasa superior (801) conectada al primer elemento de soporte (10);

una carcasa inferior (802) conectada al segundo elemento de soporte (20); y

un sello (803) conectado entre la carcasa superior (801) y la carcasa inferior (802), en donde la carcasa superior (801), la carcasa inferior (802) y el sello (803) encierran cooperativamente el primer elemento de soporte (10), el segundo elemento de soporte (20), el componente deformable (30) y la pluralidad de pares de señales (40).

8. El sensor de la reivindicación 1, en donde:

el conjunto de detección superior (301) comprende una pluralidad de primeros pares de señales, incluyendo cada uno un primer imán y un primer detector de efecto Hall, en donde el primer imán está montado en uno del primer disco (101) y el segundo disco (201), y el primer detector de efecto Hall está montado en el otro del primer disco (101) y el segundo disco (201) y ubicado en correspondencia con el primer imán; y

el conjunto de detección inferior (302) comprende una pluralidad de segundos pares de señales, incluyendo cada uno un segundo imán y un segundo detector de efecto Hall, en donde el segundo imán está montado en uno del tercer disco (102) y el cuarto disco (202), y el segundo detector de efecto Hall está montado en el otro del tercer disco (102) y el cuarto disco (202) y ubicado de manera correspondiente al segundo imán,

en donde el primer y segundo pares de señales están dispuestos de manera diferente, de modo que los primeros pares de señales y los segundos pares de señales están configurados para medir la fuerza externa aplicada y el par en múltiples direcciones.

9. Un robot (900) que comprende múltiples varillajes (901) y un efector final (902) conectados sucesivamente, caracterizado por que el efector final (902) comprende un sensor de fuerza y par de múltiples ejes (110) configurado para medir la fuerza y el par aplicados en el efector final (902), incluyendo el sensor de fuerza y par de múltiples ejes (110):

un primer elemento de soporte (10);

un segundo elemento de soporte (20);

una pluralidad de pares de señales (40), incluyendo cada uno un imán (401a, 401b) y un detector de efecto Hall (402a, 402b),

en donde el imán (401a, 401b) está montado en uno del primer elemento de soporte (10) y el segundo elemento de soporte (20),

en donde el detector de efecto Hall (402a, 402b) está montado en el otro del primer elemento de soporte (10) y el segundo elemento de soporte (20), y está ubicado de manera correspondiente al imán respectivo (401a, 401b), en donde las direcciones de magnetización de los imanes (401a, 401b) de la pluralidad de pares de señales (40) son diferentes, de modo que la pluralidad de pares de señales (40) son capaces de medir la fuerza y el par aplicados en el primer elemento de soporte (10) y el segundo elemento de soporte (20) en diferentes direcciones, el primer elemento de soporte (10) incluye un primer disco (101) y un tercer disco (102), el segundo elemento de soporte (20) incluye un segundo disco (201) y un cuarto disco (202), y el componente deformable (30) incluye un primer elemento de flexión y un segundo elemento de flexión, y

en donde el primer disco (101) y el segundo disco (201) están conectados por el primer elemento de flexión y constituyen cooperativamente un conjunto de detección superior (301), el tercer disco (102) y el cuarto disco (202) están conectados por el segundo elemento de flexión y cooperativamente constituyen un conjunto de detección inferior (302), y el conjunto de detección superior (301) está apilado sobre el conjunto de detección inferior (302); en donde el primer, segundo, tercer y cuarto discos (101, 201, 102, 202) se extienden sustancialmente paralelos entre sí.

10. El robot de la reivindicación 9, en donde

la pluralidad de pares de señales (40) incluye seis pares de señales,

11. El robot de la reivindicación 9, en donde el sensor de fuerza y par de múltiples ejes (110) comprende además: una pluralidad de primeras estructuras de puente (50) que conectan rígidamente el primer disco (101) y el tercer disco (102); y

una pluralidad de segundas estructuras de puente (60) que conectan rígidamente el segundo disco (201) y el cuarto

disco (202).

12. El robot de la reivindicación 10, en donde

cada una de la pluralidad de primeras estructuras de puente (50) incluye un primer bloque de tope (501) separado del segundo disco (201) en una dirección axial del sensor (110), el primer bloque de tope (501) configurado para evitar que el primer elemento de flexión se desvíe demasiado en la dirección axial;