ES2915903A1 - Sensor device for the measure of forces and pairs and manufacturing method of said sensor device (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents
Sensor device for the measure of forces and pairs and manufacturing method of said sensor device (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) Download PDFInfo
- Publication number
- ES2915903A1 ES2915903A1 ES202131163A ES202131163A ES2915903A1 ES 2915903 A1 ES2915903 A1 ES 2915903A1 ES 202131163 A ES202131163 A ES 202131163A ES 202131163 A ES202131163 A ES 202131163A ES 2915903 A1 ES2915903 A1 ES 2915903A1
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- pressure sensors
- sensor device
- torques
- pair
- sensor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
- G01L5/16—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J13/00—Controls for manipulators
- B25J13/08—Controls for manipulators by means of sensing devices, e.g. viewing or touching devices
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Human Computer Interaction (AREA)
- Robotics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
Abstract
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Dispositivo sensor para la medida de fuerzas y pares y método de fabricación de dicho dispositivo sensorSensor device for the measurement of forces and torques and manufacturing method of said sensor device
Sector de la técnicaTechnical sector
La invención se encuadra dentro del sector de la técnica de los Sensores de Fuerza Par multiaxial. Más concretamente está basado en un sensor de presión con una interfaz mecánica amoldable y optimizado por aprendizaje automático.The invention falls within the sector of the multiaxial Torque Force Sensors technique. More specifically, it is based on a pressure sensor with a customizable mechanical interface and optimized by machine learning.
Antecedentes de la invenciónBackground of the invention
Un aspecto clave de un sistema sensor siempre es su principio de funcionamiento. En el caso de los sensores de fuerza par, la forma en la que se miden estas magnitudes determinará su forma, exactitud, lugar de aplicación y coste. Son conocidos varios métodos de obtención de dichas magnitudes.A key aspect of a sensor system is always its operating principle. In the case of torque force sensors, the way in which these magnitudes are measured will determine their form, accuracy, place of application and cost. Several methods of obtaining said magnitudes are known.
El modo principal conocido es el basado en galgas extensiométricas. Estos dispositivos se colocan en la superficie del material que se va a deformar como consecuencia de las tensiones que sufre, y nos permiten medir esta magnitud. Las galgas son capaces de capturar con gran precisión deformaciones muy pequeñas. Su mayor inconveniente es que deben ser finamente calibradas además de que su colocación es cara y crítica. Hay que ajustarlas en función de la temperatura y condiciones ambientales y una vez montadas hay que calibrar el sistema completo. Esto hace que los sistemas basados en galgas sean particularmente caros. Por ejemplo, en la patente US20170211999A1, registrada por ATI Industrial Automation Inc., se sitúan galgas extensiométricas repartidas en un número indeterminado de pilares deformables con el objetivo de medir los valores de fuerzas y pares en los tres ejes cartesianos.The main known mode is based on strain gauges. These devices are placed on the surface of the material that is going to be deformed as a result of the stresses it undergoes, and allow us to measure this magnitude. The gauges are capable of capturing very small deformations with great precision. Their biggest drawback is that they must be finely calibrated and their placement is expensive and critical. They must be adjusted according to the temperature and environmental conditions and once assembled, the entire system must be calibrated. This makes gauge-based systems particularly expensive. For example, in patent US20170211999A1, registered by ATI Industrial Automation Inc., strain gauges are placed distributed in an indeterminate number of deformable pillars in order to measure the values of forces and torques in the three Cartesian axes.
El uso de sensores ópticos que analizan deformaciones en un material elástico ha sido también empleado para poder medir las fuerzas y los pares en todos los ejes, es decir, en X, Y y Z. Al recibir un esfuerzo, se produce una deformación en el material elástico del sensor. Los sensores ópticos son capaces de detectar la deformación y el tamaño de esta. Posteriormente, mediante un sistema de calibración se obtienen las fuerzas y los pares en base a las deformaciones obtenidas. Esto se ve reflejado en la patente registrado por Hyundai Motor Company (KR20130048321A). El uso de sensores ópticos permite obtener una medición más precisa de los valores registrados.The use of optical sensors that analyze deformations in an elastic material has also been used to be able to measure the forces and torques in all axes, that is, in X, Y and Z. When receiving an effort, a deformation is produced in the material. elastic sensor material. Optical sensors are capable of detecting deformation and its size. Subsequently, by means of a calibration system, the forces and torques are obtained based on the deformations obtained. This is reflected in the patent registered by Hyundai Motor Company (KR20130048321A). The use of optical sensors allows obtaining a more precise measurement of the recorded values.
Otra propuesta conocida es la medición de la variación de capacitancia producida al recibir un esfuerzo. El sensor dispone de placas de metálicas dispuestas en paralelo que sufren movimientos al recibir fuerzas, estas variaciones en su posición hacen que varíe la capacitancia que existe entre estas dos placas. Midiendo la variación en la capacitancia, mediante un sistema de calibración, es posible determinar las fuerzas y los pares que está recibiendo el sensor. Esta tecnología esta aplicada en el sensor patentado por Robotiq Inc. en la patente US20170254709A1.Another known proposal is the measurement of the capacitance variation produced when receiving an effort. The sensor has metal plates arranged in parallel that undergo movements when receiving forces, these variations in their position cause the capacitance between these two plates to vary. By measuring the variation in capacitance, through a calibration system, it is possible to determine the forces and torques that the sensor is receiving. This technology is applied in the sensor patented by Robotiq Inc. in patent US20170254709A1.
Estos y otros transductores básicos se emplean en distintas configuraciones geométricas y constructivas para lograr la medida de pares y fuerzas entre dos interfaces. En todos los casos se pretende minimizar el desplazamiento que se debe producir para transducir la medida de fuerza y/o par.These and other basic transducers are used in different geometric and constructive configurations to measure torques and forces between two interfaces. In all cases, the aim is to minimize the displacement that must occur to transduce the force and/or torque measurement.
Durante los últimos años con la revolución en la automatización y la robótica se ha producido un crecimiento en la investigación y desarrollo de sensores capaces de hacer a los robots conscientes de su entorno con una mayor exactitud. Con la información proporcionada por los diferentes sensores que puede tener un sistema robótico, mediante programación se consigue determinar las acciones a realizar por el robot. Este tipo de operaciones, donde se recibe un estímulo y se realiza una acción en consecuencia, es muy similar a la forma de funcionar del ser humano.In recent years, with the revolution in automation and robotics, there has been a growth in the research and development of sensors capable of making robots aware of their surroundings with greater accuracy. With the information provided by the different sensors that a robotic system can have, by programming it is possible to determine the actions to be carried out by the robot. This type of operation, where a stimulus is received and an action is carried out accordingly, is very similar to the way humans function.
Por otro lado, tras los increíbles avances en la computación, las redes neuronales han ido cobrando mucho peso. Se ven presentes tanto en reconocimiento de imágenes, en economía o en el sector de la salud. Sin embargo, el aspecto más importante para tener en cuenta es que una red neuronal puede ser empleada en casi cualquier aspecto, es decir, basta con tener un sistema que deba dar una respuesta concreta cuando reciba un estímulo. Si se dispone de los suficientes datos para entrenar a una red neuronal se puede obtener un código capaz de dar una salida concreta en función de la entrada que se le proporcione. La ventaja de esta técnica es que no requiere conocer los primeros principios ni todas las perturbaciones o efectos asociados a una variable del sistema. Los resultados se obtienen por observación y mediante el entrenamiento. On the other hand, after the incredible advances in computing, neural networks have been gaining a lot of weight. They are present both in image recognition, in economy or in the health sector. However, the most important aspect to take into account is that a neural network can be used in almost any aspect, that is, it is enough to have a system that must give a specific response when it receives a stimulus. If enough data is available to train a neural network, a code capable of giving a specific output based on the input provided can be obtained. The advantage of this technique is that it does not require knowing the first principles or all the disturbances or effects associated with a system variable. The results are obtained by observation and through training.
Sumario de la invenciónSummary of the invention
La invención tiene por objeto un dispositivo sensor de fuerza par multiaxial basado en sensores de presión, una interfaz mecánica amoldable y optimizado por aprendizaje automático.The object of the invention is a multiaxial torque force sensor device based on pressure sensors, an adaptable mechanical interface and optimized by machine learning.
En concreto, el sensor de fuerza par objeto de esta invención busca dotar de sensibilidad a un robot relativo a las fuerzas que ejerce el mismo sobre el entorno o que otro actor realiza sobre el robot. El sensor objeto de la invención no busca en este caso lograr una medida calibrada y precisa, sino un valor útil de cara a la interacción con el entorno de forma análoga a como la realizaría un ser humano.Specifically, the torque force sensor object of this invention seeks to provide a robot with sensitivity relative to the forces that it exerts on the environment or that another actor exerts on the robot. In this case, the sensor object of the invention does not seek to achieve a calibrated and precise measurement, but rather a useful value for interaction with the environment in a manner analogous to how a human being would do it.
La invención consiste en un dispositivo sensor de fuerza par multiaxial capaz de realizar las medidas mediante el empleo de transductores de presión y construido mediante un proceso específico que se describe a continuación y un sistema basado en inteligencia artificial para obtener los valores medidos.The invention consists of a multiaxial torque force sensor device capable of performing measurements by using pressure transducers and built by means of a specific process that is described below and a system based on artificial intelligence to obtain the measured values.
La combinación de una disposición de sensores de presión genéricos de bajo coste, capaces de medir presión en un solo sentido, junto con una interfaz de un elemento gomoso y una red neuronal con un proceso de aprendizaje, permiten obtener un sensor de fuerza par de bajo coste, por su diseño constructivo, con medidas de calidad aceptable para la mayoría de las aplicaciones no de precisión de este tipo de sensores.The combination of an array of low-cost generic pressure sensors capable of measuring pressure in one direction, together with an interface of a rubbery element and a neural network with a learning process, allows to obtain a low torque force sensor. cost, due to its constructive design, with measurements of acceptable quality for most non-precision applications of this type of sensor.
La invención utiliza como transductores básicos sensores de presión unidireccionales que para la medición de fuerzas y pares en todos los ejes han de situarse en una disposición determinada. Con esta disposición, es necesario determinar la variación que se produce en las señales proporcionadas por los sensores de presión cuando reciben las fuerzas y los pares que se desean medir.The invention uses unidirectional pressure sensors as basic transducers which, in order to measure forces and torques in all axes, must be placed in a certain arrangement. With this arrangement, it is necessary to determine the variation that occurs in the signals provided by the pressure sensors when they receive the forces and torques to be measured.
El dispositivo sensor para la medida de fuerzas y pares objeto de la invención está configurado para la medición en al menos una dirección. El dispositivo comprende un primer cuerpo y un segundo cuerpo y comprende adicionalmente:The sensor device for measuring forces and torques object of the invention is configured for measurement in at least one direction. The device comprises a first body and a second body and further comprises:
- un par de sensores de presión unidireccionales, que comprende dos sensores de presión configurados para la medición de la fuerza en el mismo eje en sentidos opuestos. Dicho par de sensores de presión es solidario al primer cuerpo o al segundo cuerpo y el otro cuerpo está configurado para recibir una fuerza externa,- a pair of unidirectional pressure sensors, comprising two pressure sensors configured to measure the force on the same axis in directions opposites. Said pair of pressure sensors is integral with the first body or with the second body and the other body is configured to receive an external force,
- un interfaz configurado para recibir la fuerza externa, donde dicho interfaz comprende un elemento elástico fabricado mediante la disposición de un líquido solidificable de forma elástica en el espacio entre el par de sensores de presión y el cuerpo configurado para recibir la fuerza externa, y- an interface configured to receive the external force, where said interface comprises an elastic element made by disposing an elastically solidifiable liquid in the space between the pair of pressure sensors and the body configured to receive the external force, and
- un sistema de medición configurado para relacionar la señal medida por el sensor de presión con un valor de fuerza y momento de fuerzas aplicado al sensor de presión, donde dicho sistema de medición ha sido calibrado mediante un proceso de aprendizaje basado en técnicas de inteligencia artificial.- a measurement system configured to relate the signal measured by the pressure sensor with a value of force and moment of force applied to the pressure sensor, where said measurement system has been calibrated through a learning process based on artificial intelligence techniques .
En un ejemplo de realización, la invención podría tener la capacidad de medir todas las fuerzas y los pares de fuerza en los ejes X, Y y Z, tanto positivos como negativos, se ha opta por disponer de doce sensores de presión. Estos sensores de presión se situarían en una configuración circular. Se sitúan en pares, es decir, dos sensores de presión en una misma posición, empleando cada uno para medir un sentido de la fuerza en el eje de acción de ese par de sensores. Los pares de sensores se sitúan equidistantes unos de otros a lo largo de la circunferencia del sensor; habiendo seis pares de sensores. Por tanto, estarán ubicados en radios localizados cada sesenta grados. A su vez, como se requiere medir fuerzas en todos los ejes se disponen pares de sensores orientados en posición vertical y en posición horizontal. De forma que se dispone de tres de pares de sensores que registran los esfuerzos ejercidos perpendicularmente al sensor y otros tres pares de sensores que medirán los esfuerzos laterales ejercidos sobre el sensor. Se intercalan los horizontales y los verticales con el objetivo de repartir las medidas lo más equitativamente posible.In an embodiment, the invention could have the ability to measure all the forces and torques in the X, Y and Z axes, both positive and negative, having chosen to have twelve pressure sensors. These pressure sensors would be placed in a circular configuration. They are placed in pairs, that is, two pressure sensors in the same position, each one used to measure a direction of force in the axis of action of that pair of sensors. The pairs of sensors are located equidistant from each other along the circumference of the sensor; having six pairs of sensors. Therefore, they will be located in radii located every sixty degrees. In turn, as it is required to measure forces in all axes, pairs of sensors are arranged vertically and horizontally. So that there are three pairs of sensors that record the forces exerted perpendicularly to the sensor and another three pairs of sensors that will measure the lateral forces exerted on the sensor. The horizontal and vertical are interspersed with the aim of distributing the measures as evenly as possible.
Según lo anteriormente indicado, el interfaz entre los sensores ubicados en un soporte, y el efector del cual se quiere medir la fuerza, se realiza mediante un medio elástico, por ejemplo, silicona líquida, que se sitúa, por ejemplo, mediante su vertido . Esto permite dotar de la elasticidad necesaria al medio. De este se logra un medio en el que no existe concentraciones de fuerzas que puedan interferir en la medición y además se evita la necesidad de tener que fabricar unas piezas con unas dimensiones exactas para ser localizadas en el espacio entre el par de sensores y el cuerpo configurado para recibir la fuerza externa.As indicated above, the interface between the sensors located on a support, and the effector whose force is to be measured, is made by means of an elastic medium, for example, liquid silicone, which is placed, for example, by pouring it. This allows to provide the necessary elasticity to the medium. From this, a medium is achieved in which there are no concentrations of forces that can interfere with the measurement and also avoids the need to have to manufacture parts with exact dimensions to be located in the space between the pair of sensors and the body. configured to receive external force.
En un ejemplo de realización la invención comprende unos concentradores de presión enfrentados a los sensores de presión para concentrar preferentemente las fuerzas en dichos concentradores de presión, que pueden ser semiesféricos. La finalidad de los mismos es minimizar la cantidad de medio elástico a localizar entre los sensores y el cuerpo configurado para recibir la fuerza externa del dispositivo justo en la zona más sensible de estos sensores para aumentar la precisión de la mediciónIn an embodiment, the invention comprises pressure concentrators facing the pressure sensors to preferentially concentrate the forces on said pressure concentrators, which can be hemispherical. Their purpose is to minimize the amount of elastic medium to locate between the sensors and the body configured to receive the external force of the device just in the most sensitive area of these sensors to increase the accuracy of the measurement.
Este modo de fabricación, y los sensores utilizados, hacen compleja la obtención de una relación matemática fiable, analítica y exacta entre las señales de medida y los valores a obtener. Por ello, un aspecto clave en la reducción del coste de fabricación del sensor de fuerza par descrito es el empleo de una red neuronal como sistema de calibración. Los sensores de presión destinados a determinar los esfuerzos recibidos carecen de sensibilidad en sus medidas respecto a otros métodos de medición. Es por ello por lo que la calibración se realiza por medio de un sistema de aprendizaje basado en técnicas de inteligencia artificial (IA). Durante el proceso de aprendizaje se asocian las mediciones menos precisas de los sensores de presión a medidas con una mayor exactitud obtenidas para entrenar a la propia red neuronal en base a un sistema calibrado. Además, la relación matemática que asocia los valores obtenidos por los sensores de presión con las magnitudes de fuerzas y pares que debe obtener el sensor se incluye en el propio proceso de entrenamiento del sistema de IA.This manufacturing method, and the sensors used, make it difficult to obtain a reliable, analytical and exact mathematical relationship between the measurement signals and the values to be obtained. For this reason, a key aspect in reducing the manufacturing cost of the torque force sensor described is the use of a neural network as a calibration system. Pressure sensors intended to determine the forces received lack sensitivity in their measurements compared to other measurement methods. That is why the calibration is done through a learning system based on artificial intelligence (AI) techniques. During the learning process, the less precise measurements of the pressure sensors are associated with measurements with greater accuracy obtained to train the neural network itself based on a calibrated system. In addition, the mathematical relationship that associates the values obtained by the pressure sensors with the magnitudes of forces and torques that the sensor must obtain is included in the training process of the AI system itself.
El sensor simplemente registra los esfuerzos que se registran en las líneas de acción de los sensores de presión, que posteriormente, en el entrenamiento de la red neuronal (sistema de IA utilizado en la fabricación del prototipo), se asociarán a las fuerzas y los pares en los tres ejes cartesianos en el caso de un dispositivo capaz de medir las fuerzas y los pares de fuerza en los ejes X, Y y Z.The sensor simply records the efforts that are recorded in the lines of action of the pressure sensors, which later, in the training of the neural network (AI system used in the manufacture of the prototype), will be associated with the forces and torques in the three Cartesian axes in the case of a device capable of measuring forces and torques in the X, Y and Z axes.
Es también objeto de la invención un método de fabricación de un dispositivo sensor para la medida de fuerzas y pares que comprende los siguientes pasos:Another object of the invention is a manufacturing method of a sensor device for measuring forces and torques that comprises the following steps:
- proporcionar un par de sensores de presión unidireccionales, que comprende dos sensores de presión configurados para la medición de la fuerza en el mismo eje en sentidos opuestos,- provide a pair of unidirectional pressure sensors, comprising two pressure sensors configured to measure the force on the same axis in opposite directions,
- proporcionar un primer cuerpo y un segundo cuerpo,- provide a first body and a second body,
- solidarizar el par de sensores de presión unidireccionales al primer cuerpo o al segundo cuerpo, estando el otro cuerpo configurado para recibir una fuerza externa, - proporcionar un líquido solidificable de forma elástica en el espacio entre el par de sensores de presión y el cuerpo configurado para recibir la fuerza externa, - joining the pair of unidirectional pressure sensors to the first body or to the second body, the other body being configured to receive an external force, - providing an elastically solidifiable liquid in the space between the pair of pressure sensors and the configured body to receive the external force,
- solidificar dicho líquido de modo que se configura un interfaz que comprende un elemento elástico,- solidifying said liquid so as to configure an interface comprising an elastic element,
- proporcionar un sistema de medición configurado para relacionar la señal medida por el sensor de presión con un valor de fuerza y momento de fuerzas aplicado al sensor de presión,- provide a measurement system configured to relate the signal measured by the pressure sensor with a value of force and moment of force applied to the pressure sensor,
- calibrar dicho sistema de medición mediante un proceso de aprendizaje basado en técnicas de inteligencia artificial.- calibrate said measurement system through a learning process based on artificial intelligence techniques.
Breve descripción de los dibujosBrief description of the drawings
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:To complement the description that is being made and in order to help a better understanding of the characteristics of the invention, a set of drawings is attached as an integral part of said description, where for illustrative and non-limiting purposes, the following has been represented: Next:
Figura 1.- Muestra una vista de planta de un ejemplo de realización de un sensor de presión.Figure 1.- Shows a plan view of an embodiment of a pressure sensor.
Figura 2.- Muestra una vista de planta de un ejemplo de realización del dispositivo sensor sin una pieza que cubre la parte superior de la placa electrónica y sin una tapa, para poder observar la localización de los sensores.Figure 2.- Shows a plan view of an embodiment of the sensor device without a piece that covers the upper part of the electronic board and without a cover, to be able to observe the location of the sensors.
Figura 3.- Muestra una vista en perspectiva del ejemplo de realización de la figura 2 en el que se muestran tanto las piezas que protegen la placa electrónica como la posición de los sensores de presión.Figure 3.- Shows a perspective view of the embodiment of figure 2 in which both the parts that protect the electronic board and the position of the pressure sensors are shown.
Figura 4.- Muestra una vista en perspectiva de la placa electrónica empleada para el ejemplo con los sensores de presión y unas resistencias SMD colocadas en sus respectivas posiciones.Figure 4.- Shows a perspective view of the electronic board used for the example with the pressure sensors and some SMD resistors placed in their respective positions.
Figura 5.- Muestra una vista en perspectiva del dispositivo sensor en la configuración previa a realizar el vertido de silicona en unas cavidades de los sensores de presión. Incluye una de las piezas que actúan de molde y que una vez construido el dispositivo sensor se retira.Figure 5.- Shows a perspective view of the sensor device in the configuration prior to pouring silicone into cavities of the pressure sensors. It includes one of the pieces that act as a mold and that once the sensor device has been built, it is removed.
Figura 6.- Muestra una vista en perspectiva de la disposición del dispositivo sensor en su configuración final listo para ser empleado. Figure 6.- Shows a perspective view of the layout of the sensor device in its final configuration ready to be used.
Figura 7.- Muestra una vista en perspectiva explosionada de los componentes del ejemplo de realización del sensor de fuerza par.Figure 7.- Shows an exploded perspective view of the components of the example of embodiment of the torque force sensor.
Realización preferente de la invenciónPreferred embodiment of the invention
En primer lugar, ha de disponerse de las distintas piezas de las que está compuesto el dispositivo sensor. Para obtenerlas se puede emplear, por ejemplo, la impresión 3D.In the first place, the different parts of which the sensor device is made must be available. To obtain them, for example, 3D printing can be used.
El ejemplo de realización mostrado en las figuras se corresponde con un dispositivo sensor capaz de medir las fuerzas y los pares de fuerza en los ejes X, Y y Z.The example of embodiment shown in the figures corresponds to a sensor device capable of measuring the forces and torques in the X, Y and Z axes.
En las figuras adjuntas se muestra:The attached figures show:
- un primer cuerpo (4) y un segundo cuerpo (6),- a first body (4) and a second body (6),
- seis pares (2.1) de sensores de presión (2) unidireccionales. Cada par (2.1) que comprende dos sensores de presión (2) configurados para la medición de la fuerza en el mismo eje en sentidos opuestos. Los pares (2.1) de sensores de presión (2) son solidarios al primer cuerpo (4) y el otro cuerpo (4, 6) está configurado para recibir una fuerza externa,- six pairs (2.1) of unidirectional pressure sensors (2). Each pair (2.1) comprising two pressure sensors (2) configured to measure the force on the same axis in opposite directions. The pairs (2.1) of pressure sensors (2) are integral with the first body (4) and the other body (4, 6) is configured to receive an external force,
- un interfaz configurado para recibir la fuerza externa que se localizaría en el espacio entre los pares (2.1) de sensores de presión (2) y el cuerpo (6) configurado para recibir la fuerza externa.- an interface configured to receive the external force that would be located in the space between the pairs (2.1) of pressure sensors (2) and the body (6) configured to receive the external force.
Por otro lado, ha de disponerse de la placa electrónica (1), observable en las figuras 2, 4 y 7, con todos los componentes soldados. La placa electrónica (1) comprende al menos un saliente (1.1) donde se localiza el par (2.1) de sensores de presión (2). En un ejemplo de realización estos componentes son unas resistencias SMD (3), unos conectores JST (10) de 2 y 6 pines y los sensores de presión (2) en su posición determinada.On the other hand, the electronic board (1) must be available, visible in figures 2, 4 and 7, with all the components welded. The electronic board (1) comprises at least one projection (1.1) where the pair (2.1) of pressure sensors (2) is located. In an example of embodiment, these components are SMD resistors (3), JST connectors (10) with 2 and 6 pins and pressure sensors (2) in their determined position.
En el ejemplo de realización mostrado el primer cuerpo (4) comprende sendas bases localizadas en ambas caras de la placa electrónica (1). Por su parte, el segundo cuerpo (6) consiste en una carcasa que rodea perimetralmente a la placa electrónica (1), ambas bases del primer cuerpo (4) y el par (2.1) de sensores de presión (2). In the example of embodiment shown, the first body (4) comprises respective bases located on both sides of the electronic board (1). For its part, the second body (6) consists of a casing that peripherally surrounds the electronic board (1), both bases of the first body (4) and the pair (2.1) of pressure sensors (2).
La carcasa comprende unas cavidades (6.1) para alojar los pares (2.1) de sensores de presión (2).The casing comprises cavities (6.1) to house the pairs (2.1) of pressure sensors (2).
En el ejemplo de realización mostrado las cavidades (6.1) comprenden también unos concentradores de presión (6.2) enfrentados a los sensores de presión (2).In the example of embodiment shown, the cavities (6.1) also comprise pressure concentrators (6.2) facing the pressure sensors (2).
El dispositivo sensor de las figuras comprende seis pares (2.1) de sensores de presión (2) unidireccionales. Tres pares de sensores de presión (2) están situados girados 90° respecto al plano de medición de los otros tres pares de sensores de presión (2). Los seis pares (2.1) de sensores de presión (2) están distribuidos circularmente de forma equidistante y adicionalmente se alternan pares (2.1) de sensores de presión situados cada 60°.The sensor device of the figures comprises six pairs (2.1) of unidirectional pressure sensors (2). Three pairs of pressure sensors (2) are positioned rotated 90° relative to the measurement plane of the other three pairs of pressure sensors (2). The six pairs (2.1) of pressure sensors (2) are equidistantly distributed in a circle and additionally alternate pairs (2.1) of pressure sensors located every 60°.
Disponiendo de todos los componentes se pasa al proceso del vertido del líquido solidificable, por ejemplo, silicona. Para ello, hay que situar ambas bases del primer cuerpo (4) en las caras superior e inferior de la placa electrónica (1) y unirlas entre si mediante tornillos introducidos en los agujeros designados, obteniendo como resultado la figura 3. Posteriormente, se coloca el segundo cuerpo carcasa (6) sobre un molde inferior (8) de forma que los tubos del segundo cuerpo (6) encajen en los orificios designados del segundo cuerpo (6). Situado el segundo cuerpo (6) en el molde inferior (8), se sitúa la unión de las bases del primer cuerpo (4) y la placa electrónica (1) en el interior del molde inferior (8), situando los sensores de presión (2) en las cavidades (6.1) designadas para ellos tanto en el molde (8) como en el segundo cuerpo (6). De esta forma los sensores de presión (2) quedarán enfrentados y su zona más sensible centrada respecto de los concentradores de presión (6.2). A continuación, se sitúa un molde superior (9) encima de la base superior del primer cuerpo (4). Haciendo todo lo anterior, ya se puede situar una tapa (7) encima de la base del primer cuerpo (4) que se sitúa encima de la placa electrónica (1). En la figura 5 se observa el paso previo al vertido del elemento gomoso interfaz.Having all the components, it is passed to the process of pouring the solidifiable liquid, for example, silicone. To do this, both bases of the first body (4) must be placed on the upper and lower faces of the electronic board (1) and joined together by means of screws inserted into the designated holes, obtaining figure 3 as a result. the second casing body (6) on a lower mold (8) so that the tubes of the second body (6) fit into the designated holes of the second body (6). Located the second body (6) in the lower mold (8), the union of the bases of the first body (4) and the electronic board (1) is located inside the lower mold (8), placing the pressure sensors (2) in the cavities (6.1) designated for them both in the mold (8) and in the second body (6). In this way, the pressure sensors (2) will face each other and their most sensitive area will be centered with respect to the pressure concentrators (6.2). Next, an upper mold (9) is placed on top of the upper base of the first body (4). By doing all of the above, a cover (7) can now be placed on top of the base of the first body (4) which is placed on top of the electronic board (1). Figure 5 shows the step prior to pouring the rubbery interface element.
En un ejemplo de realización, el líquido solidificable es vertido en el espacio entre el par (2.1) de sensores de presión (2) y el segundo cuerpo (6). Como alternativa, dicho espacio podría ser inundado con el líquido solidificable.In an example of embodiment, the solidifiable liquid is poured into the space between the pair (2.1) of pressure sensors (2) and the second body (6). As an alternative, said space could be flooded with the solidifiable liquid.
Teniendo todos los componentes colocados se pasaría a verter el elemento gomoso a introducir en las cavidades (6.1) donde se sitúan los sensores de presión (2). Una vez se han rellenado las cavidades (6.1) se sitúa la tapa (7) y se atornilla a al segundo cuerpo (6) de forma que se ejerza la suficiente presión para que todo el elemento gomoso sobrante pueda ser expulsado. Habiendo expulsado el elemento gomoso sobrante, se deja reposar hasta que dicho elemento se haya solidificado de forma elástica.Having all the components in place, the rubbery element to be inserted into the cavities (6.1) where the pressure sensors (2) are located would be poured. Once the cavities (6.1) have been filled, the cover (7) is placed and screwed to the second body (6) so that enough pressure is exerted so that all the excess rubbery element can be expelled. Having expelled the excess rubbery element, it is left to rest until said element has solidified elastically.
Una vez disponemos del elemento gomoso en forma elástica se retira la tapa (7) y, a continuación, se retiran ambos moldes superior (9) e inferior (8). Después se coloca de nuevo la tapa (7). Con la tapa (7) colocada se dispone del producto final, mediante el conector JST (10) se podrán leer los valores de voltajes proporcionados por los sensores de presión (2). Un ejemplo de realización final se ve reflejado en la figura 6.Once we have the rubbery element in an elastic form, the lid (7) is removed and, then, both the upper (9) and lower (8) molds are removed. Then the lid (7) is put back on. With the cover (7) in place, the final product is available, through the JST connector (10) the voltage values provided by the pressure sensors (2) can be read. An example of a final embodiment is shown in figure 6.
Disponiendo del sensor completamente montado ha de pasarse al proceso de entrenamiento del sistema de aprendizaje que relacionará los valores de voltaje proporcionados por el sensor con valores de fuerza y momento de fuerzas que se le están aplicando al sensor.Having the sensor completely assembled, it is necessary to go to the training process of the learning system that will relate the voltage values provided by the sensor with values of force and moment of forces that are being applied to the sensor.
Para entrenarlo ha de disponerse de un sensor de fuerza par ya calibrado. Disponiendo de este sensor pasamos a situar ambos sensores apilados. Se dispone una estructura para fijar ambos sensores entre sí, con el objetivo de poder aplicar los mismos esfuerzos a ambos.To train it, you must have a torque force sensor already calibrated. Having this sensor, we proceed to place both sensors stacked. A structure is arranged to fix both sensors to each other, with the aim of being able to apply the same forces to both.
Una vez están unidos, se conectan ambos sensores de forma que se puedan registrar los datos obtenidos. Estando conectados, se aplican los mismos esfuerzos a ambos sensores. El sensor calibrado aporta los datos de fuerza y de par de fuerzas en cada eje para cada medida que proporcione mientras que el sensor objeto de la invención proporciona seis medidas de voltaje. Habiendo realizado esfuerzos en todos los sentidos para obtener un set de datos completo, se pasa a realizar el entrenamiento de la red.Once they are joined, both sensors are connected so that the data obtained can be recorded. Being connected, the same forces are applied to both sensors. The calibrated sensor provides force and torque data on each axis for each measurement it provides, while the sensor object of the invention provides six voltage measurements. Having made every effort to obtain a complete data set, the network training is carried out.
Mediante software se establecen como datos de entrada del sistema de aprendizaje los seis valores de voltaje y como salida los seis valores de fuerza y de par, siendo un valor de fuerza y un valor de par para cada uno de los ejes de coordenadas. Al establecer esto, el sistema será entrenado para aportar un valor de fuerza y de par que corresponda a los valores de fuerza y de par que se están ejerciendo sobre el sensor. Para cubrir correctamente todos los rangos, se aplica una secuencia repetidamente de esfuerzos creciente, que va barriendo las zonas del espacio de fuerzas y pares más significativo. Durante todo el proceso el sistema de entrenamiento va registrando los voltajes y las medidas del sensor calibrado, alcanzándose miles de puntos de muestreo, que se utilizan para el entrenamiento del sistema de aprendizaje. Using software, the six voltage values are established as input data of the learning system and the six force and torque values are established as output, being a force value and a torque value for each of the coordinate axes. By setting this, the system will be trained to provide a force and torque value that corresponds to the force and torque values being exerted on the sensor. In order to correctly cover all the ranges, a sequence of increasing stresses is repeatedly applied, which sweeps the most significant force and torque space zones. Throughout the process, the training system records the voltages and measurements of the calibrated sensor, reaching thousands of sampling points, which are used for training the learning system.
Claims (13)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES202131163A ES2915903B2 (en) | 2021-12-15 | 2021-12-15 | Sensor device for measuring forces and torques and manufacturing method of said sensor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES202131163A ES2915903B2 (en) | 2021-12-15 | 2021-12-15 | Sensor device for measuring forces and torques and manufacturing method of said sensor device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2915903A1 true ES2915903A1 (en) | 2022-06-27 |
| ES2915903B2 ES2915903B2 (en) | 2023-10-25 |
Family
ID=82115433
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES202131163A Active ES2915903B2 (en) | 2021-12-15 | 2021-12-15 | Sensor device for measuring forces and torques and manufacturing method of said sensor device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| ES (1) | ES2915903B2 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20020158599A1 (en) * | 2000-03-31 | 2002-10-31 | Masahiro Fujita | Robot device, robot device action control method, external force detecting device and external force detecting method |
| US20140200834A1 (en) * | 2011-03-24 | 2014-07-17 | MedHab, LLC | Method of manufacturing a sensor insole |
| US20170211999A1 (en) * | 2016-01-25 | 2017-07-27 | Ati Industrial Automation, Inc. | Force/torque sensor having redundant instrumentation and operative to detect faults |
| RU2017114052A (en) * | 2016-05-17 | 2018-11-01 | Комау С.п.А. | AUTOMATED DEVICE WITH MOBILE DESIGN, IN PARTICULAR ROBOT |
-
2021
- 2021-12-15 ES ES202131163A patent/ES2915903B2/en active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20020158599A1 (en) * | 2000-03-31 | 2002-10-31 | Masahiro Fujita | Robot device, robot device action control method, external force detecting device and external force detecting method |
| US20140200834A1 (en) * | 2011-03-24 | 2014-07-17 | MedHab, LLC | Method of manufacturing a sensor insole |
| US20170211999A1 (en) * | 2016-01-25 | 2017-07-27 | Ati Industrial Automation, Inc. | Force/torque sensor having redundant instrumentation and operative to detect faults |
| RU2017114052A (en) * | 2016-05-17 | 2018-11-01 | Комау С.п.А. | AUTOMATED DEVICE WITH MOBILE DESIGN, IN PARTICULAR ROBOT |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2915903B2 (en) | 2023-10-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Kim et al. | A novel six-axis force/torque sensor for robotic applications | |
| ES2321552T3 (en) | PROCEDURE FOR CALIBRATING A MEASUREMENT SYSTEM. | |
| Frosio et al. | Autocalibration of MEMS accelerometers | |
| US9857245B2 (en) | Soft-body deformation and force sensing | |
| ES2890504T3 (en) | Palmar grip strength measurement system | |
| US20110240044A1 (en) | System and method for determining the position of a remote object | |
| CN103926475B (en) | The method of electric field measurement and the system of measurement thereof | |
| Navarro et al. | Modeling novel soft mechanosensors based on air-flow measurements | |
| ES2915903B2 (en) | Sensor device for measuring forces and torques and manufacturing method of said sensor device | |
| CN202693092U (en) | Electronic balance for druggist | |
| JP3168179U (en) | Force sensor and six-dimensional force detection device | |
| Tomo et al. | Development of a hall-effect based skin sensor | |
| ES2375433T3 (en) | PROCEDURE FOR CONTROLLING A ROTATING AXIS WITH A SELF-CENTER DETECTION DEVICE. | |
| Li et al. | Fault-Tolerant Six-Axis FBG Force/Moment Sensing for Robotic Interventions | |
| Abah et al. | A multi-modal sensor array for human–robot interaction and confined spaces exploration using continuum robots | |
| CN203929025U (en) | Outside dimension, tapering, inclination angle Comprehensive Experiment measurement mechanism | |
| CN116698260B (en) | Three-dimensional six-dimensional force sensor | |
| Leslie et al. | Design, fabrication, and characterization of a novel optical six-axis distributed force and displacement tactile sensor for dexterous robotic manipulation | |
| CN101464472A (en) | Layout method for six-shaft acceleration sensor based on nine-acceleration sensing unit | |
| Ruppert et al. | Foottile: a rugged foot sensor for force and center of pressure sensing in soft terrain | |
| CN114235230B (en) | Flexible six-dimensional force sensor based on mortise and tenon structure | |
| WO2023092392A1 (en) | Magnetometer sensor experimental positioning device and method | |
| Tomo et al. | SNR modeling and material dependency test of a low-cost and simple to fabricate 3D force sensor for soft robotics | |
| KR101184400B1 (en) | Anemovane | |
| ES2358655A1 (en) | Three-axis touchscreen sensor. (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| BA2A | Patent application published |
Ref document number: 2915903 Country of ref document: ES Kind code of ref document: A1 Effective date: 20220627 |
|
| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2915903 Country of ref document: ES Kind code of ref document: B2 Effective date: 20231025 |