[實(shí)用新型]一種用于機(jī)器人關(guān)節(jié)扭矩測量的溫度補(bǔ)償光纖光柵傳感器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201920065233.8
• 申請日: 2019-01-15
• 公開（公告）號: CN209570284U
• 公開（公告）日: 2019-11-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉月明;孔嘉浩;劉玉嬋
• 申請（專利權(quán)）人: 中國計(jì)量大學(xué)
• 主分類號: G01L3/00
• 分類號: G01L3/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本實(shí)用新型是一種用于機(jī)器人關(guān)節(jié)扭矩測量的溫度補(bǔ)償光纖光柵傳感器，屬于光纖光柵傳感技術(shù)領(lǐng)域。如圖1所示，本實(shí)用新型的3個布拉格光纖光柵由FBG1、FBG2和FBG3組成，它們依次串聯(lián)且特征波長分別為λ₁、λ₂和λ₃，F(xiàn)BG1雙端粘貼固定至輪輻A的中性軸D的+45°方向上，F(xiàn)BG2雙端粘貼固定至輪輻B的中性軸D的?45°方向上，F(xiàn)BG3單端粘貼固定至輪輻C的中性軸D的0°方向上。通過檢測FBG1和FBG2的特征波長偏移可以得出主應(yīng)力大小，且FBG3的特征波長偏移起到了溫度補(bǔ)償?shù)淖饔茫俳?jīng)過主應(yīng)力與扭矩的線性關(guān)系得出扭矩，以實(shí)現(xiàn)對機(jī)器人關(guān)節(jié)扭矩的測量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光纖光柵傳感技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)計(jì)了一種用于機(jī)器人關(guān)節(jié)扭矩測量的溫度補(bǔ)償光纖光柵傳感器，其結(jié)構(gòu)由外輪緣、3個輪幅、內(nèi)輪緣以及3個布拉格光纖光柵組成，用以測量機(jī)器人各個關(guān)節(jié)處的扭矩，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的柔性控制和人機(jī)協(xié)作。

背景技術(shù)

傳感器在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中的重要性已經(jīng)越來越被認(rèn)可。無論是在工業(yè)與國防領(lǐng)域，還是在生物工程、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域，處處都離不開傳感器的應(yīng)用。多維力傳感器是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人類化和智能化最為重要的一種傳感器，它是工程力學(xué)檢測和機(jī)器人運(yùn)動控制的基礎(chǔ)，其應(yīng)用范圍也越來越廣。而在這其中關(guān)節(jié)扭矩傳感器發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，它能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測機(jī)器人各個關(guān)節(jié)處的扭矩，然后利用扭矩傳感器實(shí)時(shí)反饋回來的數(shù)據(jù)與機(jī)器人動力學(xué)模型，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測操作臂與機(jī)器人是否發(fā)生了碰撞，從而采取相應(yīng)的保護(hù)措施，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的柔性控制和人機(jī)協(xié)作。

光纖光柵是一種通過一定方法使光纖纖芯的折射率發(fā)生軸向周期性調(diào)制而形成的衍射光柵，是近幾年發(fā)展最為迅速的光纖無源器件之一。以光纖光柵為敏感單元的檢測器件相比傳統(tǒng)電類檢測器件有很多的優(yōu)點(diǎn)，如低損耗、耐腐蝕性、電絕緣性等。光纖光柵應(yīng)變片由布拉格光纖光柵和金屬彈性薄片基底組成，這種光纖光柵應(yīng)變片相比金屬箔式電阻應(yīng)變片在各類場合下有明顯的技術(shù)優(yōu)勢。因此，將光纖光柵應(yīng)用于機(jī)器人關(guān)節(jié)扭矩的測量是具有意義的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于實(shí)現(xiàn)機(jī)器人關(guān)節(jié)扭矩的測量，設(shè)計(jì)了一種用于機(jī)器人關(guān)節(jié)扭矩測量的溫度補(bǔ)償光纖光柵傳感器。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種用于機(jī)器人關(guān)節(jié)扭矩測量的溫度補(bǔ)償光纖光柵傳感器，由外輪緣、3個輪幅、內(nèi)輪緣以及3個布拉格光纖光柵組成，如圖1所示。

所述的3個輪輻由輪輻A、輪輻B和輪輻C組成。

所述的3個布拉格光纖光柵由FBG1、FBG2和FBG3組成，F(xiàn)BG1、FBG2和FBG3 依次串聯(lián)且它們的特征波長分別為λ₁、λ₂和λ₃，所述的FBG1雙端粘貼固定至輪輻A的中性軸D的+45°方向上，用于測量逆時(shí)針扭矩下的拉伸主應(yīng)力與順時(shí)針扭矩下的壓縮主應(yīng)力，所述的FBG2雙端粘貼固定至輪輻B的中性軸D的-45°方向上，用于測量逆時(shí)針扭矩下的壓縮主應(yīng)力與順時(shí)針扭矩下的拉伸主應(yīng)力，所述的FBG3單端粘貼固定至輪輻C的中性軸D的0°方向上用以溫度補(bǔ)償，所述的FBG1與FBG2在粘貼前需進(jìn)行預(yù)拉伸，以實(shí)現(xiàn)雙向應(yīng)變測量功能。

所述的3個布拉格光纖光柵粘貼所用的膠粘劑為353ND膠。

附圖說明

圖1為用于機(jī)器人關(guān)節(jié)扭矩測量的溫度補(bǔ)償光纖光柵傳感器的俯視圖。

圖2為用于機(jī)器人關(guān)節(jié)扭矩測量的溫度補(bǔ)償光纖光柵傳感器的剖面圖。

圖3為用于機(jī)器人關(guān)節(jié)扭矩測量的溫度補(bǔ)償光纖光柵傳感器的3個布拉格光纖光柵串聯(lián)光路圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。