[發(fā)明專利]角速度傳感器以及角速度的測量方法

有效

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• 申請日: 2017-11-23
• 公開（公告）號: CN108008142B
• 公開（公告）日: 2020-04-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 夏玉輝;何超;師云雷;王家寅
• 申請（專利權(quán)）人: 微創(chuàng)（上海）醫(yī)療機器人有限公司
• 主分類號: G01P3/44
• 分類號: G01P3/44
• 代理公司: 上海思微知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31237
• 代理人: 智云

本發(fā)明提供了一種角速度傳感器以及角速度的測量方法，有助于提升角速度的測量精度，降低角速度傳感器的制造成本以及復(fù)雜度。本發(fā)明的角速度傳感器包括：速度轉(zhuǎn)換模組和速度測量模組；所述速度轉(zhuǎn)換模組用于接收被測物體的角速度信息，并用于將所述角速度信息轉(zhuǎn)換為力矩信息；所述速度測量模組與速度轉(zhuǎn)換模組連接，用于接收并獲取所述力矩信息，并用于根據(jù)所述力矩信息得到所述被測物體的角速度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及測量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種角速度傳感器以及角速度的測量方法。

背景技術(shù)

在工控領(lǐng)域，往往需要監(jiān)測或控制某些轉(zhuǎn)動設(shè)備的角速度。例如，在對伺服電機進行速度控制時，需要比較轉(zhuǎn)子的實際轉(zhuǎn)速與目標(biāo)轉(zhuǎn)速，然后進行反饋控制。

測量電機的角速度時，常用編碼器先測量轉(zhuǎn)子的位置，然后通過數(shù)值微分得到電機的轉(zhuǎn)速。這種方法有一個天然缺陷：如果測量的位置信號精度無限高，則數(shù)值微分得到的速度信號將沒有誤差，十分平滑；如果位置信號的精度很有限，則由數(shù)值微分得到的速度信號將會產(chǎn)生很嚴(yán)重的噪聲，影響控制精度。顯然，由編碼器測到的位置信號為數(shù)字量，其精度很有限。

為了解決該問題，行業(yè)內(nèi)不斷地嘗試開發(fā)高分辨率的編碼器，如24位編碼器。隨著編碼器分辨率的提高，對光刻技術(shù)、光敏元件和測量電路等均提出了很高的要求。目前，只有少數(shù)國家具有生產(chǎn)高精度編碼器的能力，處于壟斷地位。這些造成了高分辨率編碼器價格居高不下。據(jù)統(tǒng)計，一些高精度編碼器的價格比伺服電機本身還要高。為了降低成本，許多電機生產(chǎn)商不得不選擇分辨率低的編碼器。低分辨率的編碼器在速度測量時引入嚴(yán)重的噪聲，特別是在低速控制時猶為明顯。

另外，行業(yè)內(nèi)也通過旋轉(zhuǎn)變壓器來測量轉(zhuǎn)動設(shè)備的角速度，然而精度高的旋轉(zhuǎn)變壓器對于繞阻的工藝水平要求都比較高。

因此，有必要開發(fā)一種低成本、低復(fù)雜度的用于測量轉(zhuǎn)動設(shè)備角速度的設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供一種角速度傳感器以及角速度的測量方法，以有助于提升角速度的測量精度，降低角速度測量的工藝成本以及復(fù)雜度。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種角速度傳感器，包括速度轉(zhuǎn)換模組和速度測量模組；所述速度轉(zhuǎn)換模組用于接收被測物體的角速度信息，并用于將所述角速度信息轉(zhuǎn)換為力矩信息；所述速度測量模組與所述速度轉(zhuǎn)換模組連接，用于接收并獲取所述力矩信息，并用于根據(jù)所述力矩信息得到所述被測物體的角速度。

優(yōu)選的，所述速度轉(zhuǎn)換模組包括同軸設(shè)置的輸入部分和輸出部分；

所述輸入部分和輸出部分均具有軸端和盤端，所述輸入部分的盤端位于所述輸入部分的遠(yuǎn)端，所述輸出部分的盤端位于所述輸入部分的近端，所述輸入部分的盤端與所述輸出部分的盤端間隔設(shè)置；

所述輸入部分的軸端與所述被測物體連接，用于接收所述角速度信息；所述輸出部分的軸端與所述速度測量模組連接，用于輸出所述力矩信息；所述輸入部分的盤端和所述輸出部分的盤端之間設(shè)有阻尼材料。

優(yōu)選的，所述阻尼材料為阻尼油脂。

優(yōu)選的，所述速度轉(zhuǎn)換模組還包括法蘭盤和密封殼體；所述輸入部分的軸端通過一輸入部分軸承與所述法蘭盤的內(nèi)孔配合，并能夠相對于所述法蘭盤轉(zhuǎn)動；所述輸出部分的軸端通過一輸出部分軸承與所述密封殼體的內(nèi)孔配合，并能夠相對于所述密封殼體轉(zhuǎn)動；所述密封殼體與所述法蘭盤連接，并用于容納所述輸入部分、輸出部分和阻尼材料。

優(yōu)選的，所述密封殼體上設(shè)有注油孔，通過所述注油孔將所述阻尼材料注入所述輸出部分的盤端和所述輸入部分的盤端之間。

優(yōu)選的，所述輸入部分的軸端為中空軸結(jié)構(gòu)，以減小角速度傳感器安裝的軸向尺寸，或者所述輸入部分的軸端為軸狀結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選的，所述速度測量模組包括柔順機構(gòu)、敏感元件和信息處理單元；