[發(fā)明專利]一種用于關(guān)節(jié)扭矩測量的傳感器

在審

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• 申請日: 2021-05-07
• 公開（公告）號: CN113108960A
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 庹華;雷鴻;任賾宇;韓峰濤;于文進(jìn);張航;王騰飛;陳可;張靖棋
• 申請（專利權(quán)）人: 珞石（北京）科技有限公司
• 主分類號: G01L3/00
• 分類號: G01L3/00
• 代理公司: 北京瑞盛銘杰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11617
• 代理人: 李績

本發(fā)明提出了一種用于關(guān)節(jié)扭矩測量的傳感器，包括：應(yīng)變彈性體和信號處理PCB板，其中，應(yīng)變彈性體用于感受形變并進(jìn)行形變測量，信號處理PCB板用于進(jìn)行模擬量信號處理，應(yīng)變彈性體采用圓形結(jié)構(gòu)，應(yīng)變彈性體包括外緣固定結(jié)構(gòu)和內(nèi)緣固定結(jié)構(gòu)，外緣固定結(jié)構(gòu)和內(nèi)緣固定結(jié)構(gòu)之間通過橋形承力梁連接，在外緣固定結(jié)構(gòu)上設(shè)有多個(gè)裝配孔，用于固定扭矩傳感器的外緣；在內(nèi)緣固定結(jié)構(gòu)設(shè)有多個(gè)安裝孔，用于固定傳感器內(nèi)緣；在橋型承力梁和傳感器內(nèi)緣的連接部分布置有多個(gè)應(yīng)變測量腔，每個(gè)應(yīng)變測量腔體內(nèi)布置有兩片應(yīng)變片；信號處理PCB板安裝在外緣固定結(jié)構(gòu)和內(nèi)緣固定結(jié)構(gòu)之間。本發(fā)明能夠有效消除裝配和傳動(dòng)過程中的不確定性影響。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及工業(yè)機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于關(guān)節(jié)扭矩測量的傳感器。

背景技術(shù)

關(guān)節(jié)扭矩傳感器作為協(xié)作機(jī)器人感知外界力/力矩的核心硬件，其測量信號的質(zhì)量，嚴(yán)重影響著協(xié)作機(jī)器人諸多功能的性能，如力控、拖動(dòng)、碰撞檢測等。傳感器作為測力器件，其對外界的擾動(dòng)相當(dāng)敏感。這些干擾可能來源于機(jī)械加工誤差，也可能來源于關(guān)節(jié)徑向力的影響。這些影響都是不可避免的，嚴(yán)重制約了扭矩傳感器的測試精度和信號質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的旨在至少解決所述技術(shù)缺陷之一。

為此，本發(fā)明的目的在于提出一種用于關(guān)節(jié)扭矩測量的傳感器。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的實(shí)施例提供一種用于關(guān)節(jié)扭矩測量的傳感器，包括：

應(yīng)變彈性體和信號處理PCB板，其中，所述應(yīng)變彈性體用于感受形變并進(jìn)行形變測量，所述信號處理PCB板用于進(jìn)行模擬量信號處理，

所述應(yīng)變彈性體采用圓形結(jié)構(gòu)，所述應(yīng)變彈性體包括外緣固定結(jié)構(gòu)和內(nèi)緣固定結(jié)構(gòu)，所述外緣固定結(jié)構(gòu)和內(nèi)緣固定結(jié)構(gòu)之間通過橋形承力梁連接，在所述外緣固定結(jié)構(gòu)上設(shè)有多個(gè)裝配孔，用于固定扭矩傳感器的外緣；在所述內(nèi)緣固定結(jié)構(gòu)設(shè)有多個(gè)安裝孔，用于固定傳感器內(nèi)緣；在所述橋型承力梁和傳感器內(nèi)緣的連接部分布置有多個(gè)應(yīng)變測量腔，每個(gè)所述應(yīng)變測量腔體內(nèi)布置有兩片應(yīng)變片；所述信號處理PCB板安裝在外緣固定結(jié)構(gòu)和內(nèi)緣固定結(jié)構(gòu)之間。

進(jìn)一步，所述應(yīng)變彈性體采用鋁制材料制成。

進(jìn)一步，所述內(nèi)緣固定結(jié)構(gòu)和外緣固定結(jié)構(gòu)之間進(jìn)一步連接有傳感器增強(qiáng)結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步，所述應(yīng)變測量腔的數(shù)量為4個(gè)，采用對稱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式。

進(jìn)一步，8片應(yīng)變片組成兩個(gè)惠斯通全橋。

進(jìn)一步，

兩個(gè)惠斯通全橋通道的測量值分別如下：

其中，ΔR為傳感器翹曲變形擾動(dòng)，ΔRΔε為干擾影響量；R₁～R₈代表組成惠斯通全橋8片應(yīng)變片的電阻值，V代表惠斯通全橋的輸入電壓，ΔV代表惠斯通全橋的輸出電壓。。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于關(guān)節(jié)扭矩測量的傳感器，能夠消除裝配和傳動(dòng)過程中的不確定性影響，此傳感器能夠有效的降低力矩測量值的誤差、噪聲和兩通道偏差值，補(bǔ)償扭矩傳感器裝配和傳動(dòng)誤差，有效消除徑向力干擾對扭轉(zhuǎn)力的影響。

本發(fā)明僅僅通過單個(gè)橋路的組橋方式就可以實(shí)現(xiàn)扭矩傳感器裝配和傳動(dòng)誤差補(bǔ)償。兩個(gè)橋路可以獲得幾乎相同的測量結(jié)果，方便執(zhí)行更加精準(zhǔn)的雙通道冗余校驗(yàn)，更加有效的保證產(chǎn)品的安全性。本發(fā)明的構(gòu)型設(shè)計(jì)上充分考慮了扭轉(zhuǎn)力和徑向力不同的影響。在保證傳感器對于扭轉(zhuǎn)力具有相當(dāng)高的靈敏度前提下，能夠有效消弱徑向力對測量值的影響。

本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

附圖說明

本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：