[发明专利]一种用于关节扭矩测量的传感器

说明书

本发明提出了一种用于关节扭矩测量的传感器，包括：应变弹性体和信号处理PCB板，其中，应变弹性体用于感受形变并进行形变测量，信号处理PCB板用于进行模拟量信号处理，应变弹性体采用圆形结构，应变弹性体包括外缘固定结构和内缘固定结构，外缘固定结构和内缘固定结构之间通过桥形承力梁连接，在外缘固定结构上设有多个装配孔，用于固定扭矩传感器的外缘；在内缘固定结构设有多个安装孔，用于固定传感器内缘；在桥型承力梁和传感器内缘的连接部分布置有多个应变测量腔，每个应变测量腔体内布置有两片应变片；信号处理PCB板安装在外缘固定结构和内缘固定结构之间。本发明能够有效消除装配和传动过程中的不确定性影响。

技术领域

本发明涉及工业机器人技术领域，特别涉及一种用于关节扭矩测量的传感器。

背景技术

关节扭矩传感器作为协作机器人感知外界力/力矩的核心硬件，其测量信号的质量，严重影响着协作机器人诸多功能的性能，如力控、拖动、碰撞检测等。传感器作为测力器件，其对外界的扰动相当敏感。这些干扰可能来源于机械加工误差，也可能来源于关节径向力的影响。这些影响都是不可避免的，严重制约了扭矩传感器的测试精度和信号质量。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。

为此，本发明的目的在于提出一种用于关节扭矩测量的传感器。

为了实现上述目的，本发明的实施例提供一种用于关节扭矩测量的传感器，包括：

应变弹性体和信号处理PCB板，其中，所述应变弹性体用于感受形变并进行形变测量，所述信号处理PCB板用于进行模拟量信号处理，

所述应变弹性体采用圆形结构，所述应变弹性体包括外缘固定结构和内缘固定结构，所述外缘固定结构和内缘固定结构之间通过桥形承力梁连接，在所述外缘固定结构上设有多个装配孔，用于固定扭矩传感器的外缘；在所述内缘固定结构设有多个安装孔，用于固定传感器内缘；在所述桥型承力梁和传感器内缘的连接部分布置有多个应变测量腔，每个所述应变测量腔体内布置有两片应变片；所述信号处理PCB板安装在外缘固定结构和内缘固定结构之间。

进一步，所述应变弹性体采用铝制材料制成。

进一步，所述内缘固定结构和外缘固定结构之间进一步连接有传感器增强结构。

进一步，所述应变测量腔的数量为4个，采用对称的结构设计方式。

进一步，8片应变片组成两个惠斯通全桥。

进一步，

两个惠斯通全桥通道的测量值分别如下：

其中，ΔR为传感器翘曲变形扰动，ΔRΔε为干扰影响量；R₁～R₈代表组成惠斯通全桥8片应变片的电阻值，V代表惠斯通全桥的输入电压，ΔV代表惠斯通全桥的输出电压。。

根据本发明实施例的用于关节扭矩测量的传感器，能够消除装配和传动过程中的不确定性影响，此传感器能够有效的降低力矩测量值的误差、噪声和两通道偏差值，补偿扭矩传感器装配和传动误差，有效消除径向力干扰对扭转力的影响。

本发明仅仅通过单个桥路的组桥方式就可以实现扭矩传感器装配和传动误差补偿。两个桥路可以获得几乎相同的测量结果，方便执行更加精准的双通道冗余校验，更加有效的保证产品的安全性。本发明的构型设计上充分考虑了扭转力和径向力不同的影响。在保证传感器对于扭转力具有相当高的灵敏度前提下，能够有效消弱径向力对测量值的影响。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：