CN109406018A - 一种滑觉传感器及包括该滑觉传感器的夹持装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种滑觉传感器及包括该滑觉传感器的夹持装置，该滑觉传感器包括滚轮，外周面用于与物体相接触，且所述滚轮能够随物体与所述外周面的相对滑动而绕所述滚轮的中心轴滚动，所述外周面设有凸起结构；弹性组件，一端作用于所述外周面；能够感应应力变化的光纤光栅，所述弹性组件的另一端作用于所述光纤光栅，且所述滚轮的中心轴与所述光纤光栅之间的距离固定，所述光纤光栅根据受到的所述弹性组件的压力变化检测物体滑动。如此设置，由于光纤光栅抗干扰能力较强，灵敏度较高，可挠性较好、对于安装空间较小的应用场景实用性较好，解决了现有技术中的滑觉传感器抗电磁干扰能力较弱、灵敏度较低，而且可挠性不好的问题。

Description

一种滑觉传感器及包括该滑觉传感器的夹持装置

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，更具体地说，涉及一种滑觉传感器及包括该滑觉传感器的夹持装置。

背景技术

滑觉检测是机器人或机械夹具实现软抓取的关键环节，滑觉信息的可靠感知是机器人或机械夹具在复杂多元环境下完成预定抓取功能的可靠保障。滑觉传感器用于检测智能机器人或机械夹具与夹持的物体之间是否产生相对位移。常用的滑觉传感器按其检测机理不同主要包括：压阻式、电容式和瓷敏式滑觉传感器等。但是，压阻式、电容式和瓷敏式滑觉传感器的抗电磁干扰能力均较弱，灵敏度较低、并且可挠性不佳。

因此，如何解决现有技术中的滑觉传感器抗电磁干扰能力较弱、灵敏度较低，而且可挠性不好的问题，成为本领域技术人员所要解决的重要技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种滑觉传感器，解决现有技术中的滑觉传感器抗电磁干扰能力较弱、灵敏度较低，而且可挠性不好的问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

本发明提供了一种滑觉传感器，包括：

滚轮，外周面用于与物体相接触，且所述滚轮能够随物体与所述外周面的相对滑动而绕所述滚轮的中心轴滚动，所述外周面设有凸起结构；

弹性组件，一端作用于所述外周面；

能够感应应力变化的光纤光栅，所述弹性组件的另一端作用于所述光纤光栅，且所述滚轮的中心轴与所述光纤光栅之间的距离固定，所述光纤光栅根据受到的所述弹性组件的压力变化检测物体滑动。

优选地，所述弹性组件包括弹性件和设置在所述滚轮与所述弹性件之间的顶针，所述弹性件与所述顶针的一端相连接，所述顶针的另一端与所述滚轮的外周面相抵。

优选地，所述滚轮的外周面设有多个所述凸起结构，且多个所述凸起结构沿所述滚轮的周向均匀分布。

优选地，所述滚轮的横截面为正六边形，以使所述滚轮的棱边形成多个所述凸起结构。

优选地，所述顶针与所述外周面相接触的一端为球面。

优选地，还包括壳体，所述滚轮、所述顶针、所述弹性件、所述光纤光栅均安装在所述壳体内，所述壳体靠近所述滚轮的一端设有开孔、以供所述滚轮部分探出。

优选地，所述壳体的内壁设有向所述壳体的腔体内凸起的环形限位结构，所述顶针从所述环形限位结构的中心穿过。

优选地，所述壳体设有供所述光纤光栅接线的过线孔。

优选地，所述弹性件为弹簧。

本发明还提供了一种夹持装置，包括滑觉传感器，所述滑觉传感器为上述的滑觉传感器。

优选地，所述滑觉传感器的数量为至少两个，且至少有两个所述滑觉传感器的滚轮与物体发生相对滑动的方向为正交方向。

本发明提供的技术方案中，滑觉传感器包括滚轮、光纤光栅和弹性组件，其中滚轮的外周面用于与物体相接触、并且能够随物体与外周面的相对滑动而以滚轮的中心轴为轴滚动，滚轮与物体相接触的外周面设有凸起结构，光纤光栅能够感应施加在其本身的应力，弹性组件的一端作用于滚轮，另一端作用于光纤光栅，滚轮的中心轴与光纤光栅之间的距离固定。当物体与滚轮的外周面发生相对滑动时，滚轮随物体的滑动而滚动，由于滚轮的外周面设有凸起结构，凸起结构通过弹性件施加给光纤光栅应力，由于滚轮的滚动，光纤光栅受到周期性变化的应力，光纤光栅根据受到的弹性件的压力的变化检测物体与滚轮之间的相对滑动。如此设置，由于光纤光栅抗电磁干扰性较强，灵敏度较高，可挠性较好、对于安装空间较小的应用场景实用性较好，设有光纤光栅的滑觉传感器相较于现有技术中的压阻式、电容式和瓷敏式滑觉传感器抗电磁干扰性更强，灵敏度更高，可挠性更好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或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发明的一些实施例，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他的附图。

图1是本发明实施例中滑觉传感器的分解图；

图2是本发明实施例中滑觉传感器的结构示意图；

图3是本发明实施例中滑觉传感器的剖面图。

图1-图3中：

1-滚轮，11-中心轴，2-弹性件，3-顶针，4-光纤光栅，5-壳体，6-环形限位结构，7-过线孔，8-封堵件。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

本具体实施方式的目的在于提供一种滑觉传感器，解决现有技术中的滑觉传感器抗电磁干扰能力较弱、灵敏度较低，而且可挠性不好的问题。

以下，参照附图对实施例进行说明。此外，下面所示的实施例不对权利要求所记载的发明内容起任何限定作用。另外，下面实施例所表示的构成的全部内容不限于作为权利要求所记载的发明的解决方案所必需的。

请参考图1-图3，在本实施例中，滑觉传感器包括滚轮1、光纤光栅4和弹性组件，其中滚轮1的外周面用于与物体相接触、并且能够随物体与外周面的相对滑动而以滚轮1的中心轴11为轴滚动，滚轮1与物体相接触的外周面设有凸起结构，光纤光栅4能够感应施加在其本身的应力，弹性组件的一端作用于滚轮1，另一端作用于光纤光栅4，滚轮1的中心轴11与光纤光栅4之间的距离固定。

当物体与滚轮1的外周面发生相对滑动时，滚轮1随物体的滑动而滚动，由于滚轮1的外周面设有凸起结构，凸起结构通过弹性件2施加给光纤光栅4应力，由于滚轮1的滚动，光纤光栅4受到周期性变化的应力，光纤光栅4根据受到的弹性件2的压力的变化检测物体与滚轮1之间的相对滑动。

如此设置，由于光纤光栅4抗电磁干扰性较强，灵敏度较高，可挠性较好、对于安装空间较小的应用场景实用性较好，设有光纤光栅4的滑觉传感器相较于现有技术中的压阻式、电容式和瓷敏式滑觉传感器抗电磁干扰性更强，灵敏度更高，可挠性更好。

在本实施例的优选方案中，弹性组件包括弹性件2和顶针3，顶针3设置在滚轮1和弹性件2之间，顶针3的一端与弹性件2相连接，顶针3的另一端与滚轮1的外周面相抵。如此设置，滚轮1通过顶针3对弹性件2施加力的作用，能够避免弹性件2发生抖动等，结构的稳定性更好，滑觉传感器的灵敏度更高。

在本实施例中，滚轮1的外周面设有多个凸起结构，多个凸起结构沿滚轮1的周向均匀排布。如此设置，滚轮1以中心轴11为轴转动一周，弹性组件会多次对光纤光栅4施加压力，物体与滚轮1的外周面之间发生的滑动距离很小时，压力变化也可以被光纤光栅4感应到，使得滑觉传感器的灵敏度更好，检测物体滑动的精度更高。

在本实施例的优选方案中，滚轮1的横截面为正六边形，滚轮1的棱边形成多个凸起结构，也即，滚轮1为正六棱柱，正六棱柱的六条棱边形成六个凸起结构。当然，在其它实施例中，滚轮1的横截面也可以为正五边形、正七边形等。如此设置，滚轮1的结构简单，易于加工，且滑觉传感器的灵敏度较好。

优选地，在本实施例中，顶针3与滚轮1的外周面相接触的一端为球面。由于滚轮1与物体发生相对滑动时，滚轮1以中心轴11为轴转动，顶针3与滚轮1接触的一端在滚轮1的外周面上滑动，为了减小顶针3与滚轮1的外周面之间的摩擦力，而且防止顶针3将滚轮1的外周面划伤、而导致滑觉传感器的精度下降，将顶针3与外周面相接触的一端设置为球面。

在本实施例中，滑觉传感器还包括壳体5，滚轮1、顶针3、弹性件2和光纤光栅4均安装在壳体5内，壳体5靠近滚轮1的一端设有开孔，滚轮1部分地由开孔探出。如此设置，壳体5起到保护作用，以免光纤光栅4或弹性件2等在外界环境等因素的影响下导致滑觉传感器感应灵敏度下降，另外，能够防止弹性件2等部件发生晃动，使滑觉传感器的精度下降。

优选地，壳体5远离滚轮1的一端设有封堵件8，将滚轮1、顶针3、弹性件2和光纤光栅4封堵在壳体5内。封堵件8可以但不限于为与壳体5通过螺纹结构相连接的盖体。

在本实施例的优选方案中，请参考图3，壳体5的内壁设有向壳体5的腔体内凸起的环形限位结构6，顶针3从环形限位结构6的中心穿过。如此设置，环形限位结构6对顶针3起到限位的作用，能够防止顶针3在腔体内沿腔体的径向晃动，以免影响滑觉传感器的感应灵敏度。

在本实施例中，壳体5还设有供光纤光栅4接线的过线孔7。过线孔7包括光纤光栅4的接线孔和光纤光栅4的信号线过线孔7，光纤光栅4的信号线用于输出光纤光栅4感应到的应力信号。其中，光纤光栅4的过线孔7也可以设置在封堵件8上。在一些实施例中，弹性件2可以但不限于为弹簧。

需要说明的是，本实施例中的滑觉传感器，可以通过光纤光栅4根据感受到的周期性的应力的变化来判断物体与滚轮1之间是否发生相对滑动。而且，还可以根据光纤光栅4感应到的应力与时间的关系来确定物体相对于滚轮1的滑动速度。

下面内容结合上述各个实施例对本滑觉传感器进行具体说明，在本实施例中，滑觉传感器包括滚轮1、光纤光栅4和弹性组件，其中滚轮1的外周面用于与物体相接触、并且能够随物体与外周面的相对滑动而以滚轮1的中心轴11为轴滚动，滚轮1与物体相接触的外周面设有凸起结构，光纤光栅4能够感应施加在其本身的应力，弹性组件的一端作用于滚轮1，另一端作用于光纤光栅4，滚轮1的中心轴11与光纤光栅4之间的距离固定。弹性组件包括弹性件2和设置在滚轮1与弹性件2之间的顶针3，顶针3与外周面相接触的一端为球面，顶针3的另一端与弹性件2相连接。滑觉传感器还包括壳体5，滚轮1、顶针3、弹性件2、光纤光栅4均安装在壳体5内，壳体5靠近滚轮1的一端设有供滚轮1部分探出开孔。壳体5的内壁设有向壳体5的腔体内凸起的环形限位结构6，顶针3从环形限位结构6的中心穿过。

如此设置，滑觉传感器通过光纤光栅4感应到的应力的变化来检测物体的滑动，内设有光纤光栅4的滑觉传感器的抗电磁干扰能力强、灵敏度较高，并且光纤光栅4的可挠性好，使滑觉传感器的适用场景更广。

本发明还提供一种夹持装置，包括滑觉传感器，该滑觉传感器为上述实施例中的滑觉传感器。该夹持装置可以为机器人的抓手或者机械夹具等。如此设置，夹持装置在夹持物体时，当物体与夹持装置的滑觉传感器的滚轮1发生相对滑动时，光纤光栅4根据受到的弹性组件的压力变化便能感应到物体的滑动，而且，光纤光栅4的抗电磁干扰性较强，灵敏度较高，可挠性较好、对于安装空间较小的应用场景实用性较好，使夹持装置可以在电磁干扰稍强的环境下使用，且灵敏度高。该有益效果的推导过程与上述滑觉传感器所带来的有益效果的推导过程大体类似，故本文不再赘述。

在本实施例的优选方案中，夹持装置包括至少两个滑觉传感器，并且至少有两个滑觉传感器的滚轮1与物体之间的相对滑动的方向为正交方向。如此设置，滑觉传感器感应到物体在两个相互垂直的方向内的滑动，便能感应到物体相对于夹持装置的表面的任意方向的滑动，并且通过矢量合成便能得出物体相对于夹持装置的表面的滑动速度。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。本发明提供的多个方案包含本身的基本方案，相互独立，并不互相制约，但是其也可以在不冲突的情况下相互结合，达到多个效果共同实现。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种滑觉传感器，其特征在于，包括：

滚轮(1)，外周面用于与物体相接触，且所述滚轮(1)能够随物体与所述外周面的相对滑动而绕所述滚轮(1)的中心轴(11)滚动，所述外周面设有凸起结构；

弹性组件，一端作用于所述外周面；

能够感应应力变化的光纤光栅(4)，所述弹性组件的另一端作用于所述光纤光栅(4)，且所述滚轮(1)的中心轴(11)与所述光纤光栅(4)之间的距离固定，所述光纤光栅(4)根据受到的所述弹性组件的压力变化检测物体滑动。

2.如权利要求1所述的滑觉传感器，其特征在于，所述弹性组件包括弹性件(2)和设置在所述滚轮(1)与所述弹性件(2)之间的顶针(3)，所述弹性件(2)与所述顶针(3)的一端相连接，所述顶针(3)的另一端与所述滚轮(1)的外周面相抵。

3.如权利要求1所述的滑觉传感器，其特征在于，所述滚轮(1)的外周面设有多个所述凸起结构，且多个所述凸起结构沿所述滚轮(1)的周向均匀分布。

4.如权利要求3所述的滑觉传感器，其特征在于，所述滚轮(1)的横截面为正六边形，以使所述滚轮(1)的棱边形成多个所述凸起结构。

5.如权利要求2所述的滑觉传感器，其特征在于，所述顶针(3)与所述外周面相接触的一端为球面。

6.如权利要求2所述的滑觉传感器，其特征在于，还包括壳体(5)，所述滚轮(1)、所述顶针(3)、所述弹性件(2)、所述光纤光栅(4)均安装在所述壳体(5)内，所述壳体(5)靠近所述滚轮(1)的一端设有开孔、以供所述滚轮(1)部分探出。

7.如权利要求6所述的滑觉传感器，其特征在于，所述壳体(5)的内壁设有向所述壳体(5)的腔体内凸起的环形限位结构(6)，所述顶针(3)从所述环形限位结构(6)的中心穿过。

8.如权利要求6所述的滑觉传感器，其特征在于，所述壳体(5)设有供所述光纤光栅(4)接线的过线孔(7)。

9.如权利要求1所述的滑觉传感器，其特征在于，所述弹性件(2)为弹簧。

10.一种夹持装置，其特征在于，包括滑觉传感器，所述滑觉传感器为如权利要求1-9任一项所述的滑觉传感器。

11.如权利要求10所述的夹持装置，其特征在于，所述滑觉传感器的数量为至少两个，且至少有两个所述滑觉传感器的滚轮(1)与物体发生相对滑动的方向为正交方向。