[發明專利]一種抗干擾型電容式力矩傳感器

在審

• 申請號: 202011168286.6
• 申請日: 2020-10-27
• 公開（公告）號: CN112345136A
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發明（設計）人: 潘海鴻;莫俊飛;許紀湖;盧美銘;張琦偉;陳琳
• 申請（專利權）人: 廣西安博特智能科技有限公司
• 主分類號: G01L3/10
• 分類號: G01L3/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種抗干擾型電容式力矩傳感器，其包括傳感器主體、電路板以及若干組電容器，所述傳感器主體包括連接負載端和電路板的傳感器外圈、連接動力端的傳感器內圈及變形梁，每組所述電容器包括一動電極和一靜電極，所述動電極沿傳感器的軸向垂直固定在所述傳感器內圈上，所述靜電極垂直設在電路板上并位于動電極一側，所述靜電極與動電極的表面相互平行并留有間隙。本發明采用靜電極與動電極相平行的設置方式，有效排除了外部的感應干擾。

技術領域

本發明涉及傳感器技術領域，具體涉及一種可用于工業機器人、協作機器人、醫療康復機器人、阻力外骨骼等扭矩測量的電容式力矩傳感器。

背景技術

電容式力矩傳感器是基于電容器原理設計出的一種傳感器，其包括靜電極和動電極，在傳感器受力發生變形時，動電極與靜電極的距離產生變化，它們所構成的電容大小也會相應變化，通過測量電容差值，從而建立起電容差與力矩之間的關系，實現力矩的測量。由于具有可實現非接觸測量、小尺寸、高精度、動態響應好等優點，被廣泛應用在康復訓練步態機器人等控制領域，對機器人關節受力實時監測，實現人機融合協作。

然而在目前機器人的關節應用中，現有的力矩傳感器容易受到干擾跳動，人體或者是其他物體靠近感應電極附近時，采集數據會發生跳動，目前傳感器主要依靠電容邊緣效應來檢測傳感器信號，但是感應信號較小，這樣采集出的傳感器分辨率不足，而且因為存在伺服電機等外部的干擾源，傳感器通常采用金屬的外殼，傳感器的感應電容非常小，即使采用接地等措施，也難以消除干擾。

發明內容

本發明的目的在于提供一種具有抗干擾功能的力矩傳感器。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種抗干擾型電容式力矩傳感器，包括傳感器主體、電路板以及若干組電容器，所述傳感器主體包括連接負載端和電路板的傳感器外圈、連接動力端的傳感器內圈及變形梁，每組所述電容器包括一動電極和一靜電極，所述動電極沿傳感器的軸向垂直固定在所述傳感器內圈上，所述靜電極垂直設在電路板上并位于動電極一側，所述靜電極與動電極的表面相互平行并留有間隙。

所述傳感器主體內設有傳動軸以及依次安裝在傳動軸的軸身上的外壓緊法蘭、軸承和內壓緊法蘭，所述傳感器主體的內壁上形成多處臺階，所述傳動軸具有一齒輪狀的頭部并且沿軸身的周向形成有凸邊，其中傳動軸的頭部與傳感器內圈相配合，外壓緊法蘭通過螺釘固定在內壁的臺階上并壓緊在軸承的外圈下端，軸承的外圈上端壓在內壁的臺階上，所述內壓緊法蘭通過螺釘固定在傳動軸的軸肩上并壓緊軸承的內圈上端，軸承的內圈下端壓在所述傳動軸的凸邊上。

還包括轉接法蘭和過渡法蘭，所述傳動軸通過螺釘與所述轉接法蘭相連，并通過所述轉接法蘭連接外部的驅動電機，所述傳感器外圈通過螺栓與過渡法蘭相連，并通過所述過渡法蘭連接外部的負載。

所述電路板上在與所述動電極對應的位置上分別開有用于容置電動極的條形槽，所述靜電極設在每個條形槽的邊上并且與所述動電極相鄰的位置上。

所述電路板具有四層結構，其中第二層分布電極信號線及電路，頂層以及第三、第四層均為屏蔽層。

軸承采用內置十字型交叉滾子軸承。

所述靜電極與動電極的間距小于2mm。

采用上述技術方案后，本發明與背景技術相比，具有如下優點：

1、目前現有傳感器的靜電極與動電極在物理結構上大多是相互垂直的位置關系，主要依靠電容邊緣效應來檢測傳感器信號，但是感應信號較小，這樣采集出的信號分辨率不足；同時，因為靜電極和金屬外殼是相平行的位置，它們之間相當于平行板電容器，這樣也引入了外殼干擾。因此本發明將靜電極與動電極相垂直的方式改成平行的方式，使得靜電極與動電極的相對面積加大，感應電容變大，采集信號的分辨率也將大大提高，同時由于靜電極與金屬外殼相垂直，也有效地排除了外殼的輻射感應干擾。