[发明专利]基于FBG的大尺寸大重载机械臂关节旋转角度测量装置

说明书

本发明公开了一种基于FBG的大尺寸大重载机械臂关节角度测量装置，包括第一、第二测量机构，第一、第二测量机构各自包括顶杆、导向管、弹簧、FBG传感器等；弹簧与FBG传感器接触，FBG传感器与光纤相连，光纤与解调器相连，弹簧与FBG传感器安装在导向管内，导向管固定在第二机械臂上不动；顶杆的一端延伸到导向管内与弹簧相连，顶杆的另一端延伸到导向管外；当第一、第二机械臂的轴线在同一直线上时，两个顶杆刚好与第一机械臂末端的连杆接触，连杆与第一机械臂固定连接；当第一机械臂相对于第二机械臂顺时针旋转时，第一顶杆被推进导向管内；当第一机械臂相对于第二机械臂逆时针旋转时，第二顶杆被推进导向管内，引起弹簧受压收缩。

技术领域

本发明公开了一种基于FBG的大尺寸大重载机械臂关节旋转角度测量装置。

背景技术

重载机械臂是多输入、多输出、强耦合、强非线性的高度复杂系统，如何保证其在运行过程中的稳定性、可靠性和安全性，是当前研究的热点。其中，关节角度的测量与控制尤为重要，关系到机械臂运作的精确度、稳定性、可靠性与安全性。

在机械臂的工况中，常存在有电磁干扰，或其工作环境极端恶劣，这对传统的机械臂关节角度测量方法有极大干扰。

发明内容

为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明公开了一种基于FBG的大尺寸大重载机械臂关节旋转角度测量装置。光纤光栅传感器具有抗电磁干扰、电绝缘、耐腐蚀等抗恶劣环境的优势，能在复杂工况中正常工作且保证很高的灵敏度，这是传统关节角度测量方法所不具备的。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：

基于FBG的大尺寸大重载机械臂关节角度测量装置，包括结构相同的第一测量机构和第二测量机构，第一测量机构和第二测量机构各自包括顶杆、导向管、弹簧、FBG传感器、光纤和解调器；所述的弹簧与FBG传感器接触，FBG传感器与光纤相连，所述的光纤与解调器相连，弹簧与FBG传感器安装在导向管内，导向管固定在第二机械臂上不动；所述顶杆的一端延伸到导向管内与弹簧相连，顶杆的另一端延伸到导向管外；当第一机械臂和第二机械臂的轴线在同一直线上时，两个顶杆刚好与第一机械臂末端的连杆接触，连杆与第一机械臂固定连接；当第一机械臂相对于第二机械臂顺时针旋转时，第一顶杆在连杆的作用下，被推进导向管内；当第一机械臂相对于第二机械臂逆时针旋转时，第二顶杆在连杆的作用下，被推进导向管内，进一步的引起弹簧受压收缩，从而给FBG传感器施加一定的压力，使纤芯在轴向上产生应变，引起FBG的波长漂移；这一变化可通过解调器获得，进一步计算即可建立起角度变化与波长变化的一一对应关系，从而完成角度的测量。

作为进一步的技术方案，所述的顶杆与导向管之间通过设置在导向管端部的限位凸起限位。

作为进一步的技术方案，弹簧可以不与顶杆相连，只要保证所述的弹簧在自由状态下，可与顶杆端部接触即可。

本发明的有益效果是：与传统的机械臂关节角度测量方式相比，有以下优势：

1.整体装置灵敏度高，FBG传感器对微小压力敏感，因此测得的角度精度也更高。

2.线性度好，由于弹簧形变与压力、FBG所受压力与波长变化均是线性关系，易建立角度与波长变化的关系，误差小。

3.由于采用了光纤测量，因此抗电磁干扰、电绝缘、耐腐蚀，适用于复杂工况。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是上机械臂和下机械臂在同一条直线上时的装置示意图；

图2是上机械臂相对于下机械臂逆时针状态下的的装置示意图；

图3是上机械臂相对于下机械臂逆时顺状态下的的装置示意图；