[發明專利]基于逆磁致伸縮效應的非接觸式機器人關節扭矩測量裝置

在審

• 申請號: 201810367931.3
• 申請日: 2018-04-23
• 公開（公告）號: CN108548622A
• 公開（公告）日: 2018-09-18
• 發明（設計）人: 王靜;王雷;唐鈺璇
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01L3/10
• 分類號: G01L3/10;G01L5/00
• 代理公司: 哈爾濱市偉晨專利代理事務所(普通合伙) 23209
• 代理人: 陳潤明

基于逆磁致伸縮效應的非接觸式機器人關節扭矩測量裝置，屬于機器人機械臂精密控制的傳感測量技術，其技術要點是：機器人關節扭矩的輸出軸上涂敷有超磁致伸縮材料涂層條，超磁致伸縮材料涂層條分為正超磁致伸縮材料涂層條和負超磁致伸縮材料涂層條，正超磁致伸縮材料涂層條和負超磁致伸縮材料涂層條等間隔沿軸向左右對稱傾斜涂敷在輸出軸上；輸出軸上于超磁致伸縮材料涂層條的外側套設有套筒，所述套筒的內壁上裝配有激勵線圈，激勵線圈的內壁上沿軸向并排裝配有相同規格的左測量線圈和右測量線圈。本發明在不接觸傳動軸、不改變傳動軸受力狀況以及旋轉和動態工作條件下對扭矩進行高準確度、高精度的實時動態測量，從而實現對機械臂的精密控制。

技術領域

本發明屬于機器人機械臂精密控制的傳感測量技術，主要涉及一種基于逆磁致伸縮效應 的非接觸式機器人關節扭矩測量裝置。

背景技術

機器人關節作為機器人的重要組成部件，其性能的好壞直接影響機器人的整體性能，實 際工作中，要求機器人末端在承受一定的載荷條件下，能夠按照規定的速度和加速度沿著指 定的軌跡運動，而這主要取決于各關節系統能否動態提供所需的驅動力或者力矩。隨著機器 人在工業、軍事、服務、醫療保健及航空航天等領域的應用和發展，對機器人機械臂控制的 要求越來越高，例如空間機器人執行在軌維護(OOS)，需要對機械臂進行精密控制，來完成 一系列維護動作；繪圖機器人在工作中筆尖要以一定的作用力與工作面保持接觸，需要對機 械臂進行精密控制來實現機器人筆尖以合適的作用力與工作面接觸，保證繪圖精度。而對機 器人機械臂的精密控制則離不開對機械臂關節扭矩的測量，因此，機械臂關節扭矩的精確測 量技術越來越受到重視，越來越多的研究人員對機械臂關節扭矩的測量進行了深入的研究。

公開號為CN206470010U的專利文獻公開了重慶兵科機器人有限公司申請的一種機械臂 關節扭矩測量裝置，該裝置由內連接環、外連接環、壓力感應裝置、弧狀支架及弧狀探頭組 成，通過弧狀探頭觸發壓力感應裝置，再根據壓力感應裝置反饋的壓力信息和壓力感應裝置 所處的旋轉半徑，實現當前轉動方向下的關節扭矩測量。該測量裝置的優點在于：可實現雙 轉向測量和扭矩數據多位置并行測量，靈敏度高；該測量裝置存在的問題在于：結構復雜， 存在多個探頭和多根導線，影響裝置的穩定性和測量精度。

公開號為CN104215372A的專利文獻公開了中國科學院沈陽自動化研究所申請的一種機 械臂關節扭矩測量裝置，該測量裝置由彈性體、測頭及位移檢測期間組成，主要是通過將扭 矩信息轉換為彈性體的形變，然后通過測頭將彈性體的形變轉換為位移信息，根究不同大小 的扭矩會產生不同大小的位移，實現對機械臂關節扭矩的測量。該測量裝置的優點在于：體 積小，重量輕，能夠避免溫度、濕度及電磁噪聲等因素的影響；該測量裝置存在的問題在于： 屬于接觸型扭矩測量裝置，存在穩定性及不確定度的問題，測量精度不高。

發明內容：

針對上述現有技術存在的不足，本發明提供了一種基于逆磁致伸縮效應的非接觸式機器 人關節扭矩測量裝置，以實現在不接觸傳動軸、不改變傳動軸受力狀況以及旋轉和動態工作 條件下對扭矩進行高準確度、高精度的實時動態測量，從而實現對機械臂的精密控制的目的。

本發明的基于逆磁致伸縮效應的非接觸式機器人關節扭矩測量裝置，為實現上述目的所 采用的技術方案在于：所述機器人關節扭矩的輸出軸上涂敷有超磁致伸縮材料涂層條，所述 超磁致伸縮材料涂層條分為正超磁致伸縮材料涂層條和負超磁致伸縮材料涂層條，所述正超 磁致伸縮材料涂層條和負超磁致伸縮材料涂層條等間隔沿軸向左右對稱傾斜涂敷在輸出軸 上；所述輸出軸上于超磁致伸縮材料涂層條的外側套設有套筒，所述套筒的內壁上裝配有激 勵線圈，所述激勵線圈的內壁上沿軸向并排裝配有相同規格的左測量線圈和右測量線圈；

測量過程為：

步驟a、將正弦激勵信號通入激勵線圈4，用于提供正弦激勵磁場，使兩個規格相同的左 測量線圈5a和右測量線圈5b在正弦交變磁場的作用下，產生大小相同的感應電動勢；