【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及傳感器，尤其涉及一種原位集成在諧波減速器上的扭矩傳感器、標定裝置及方法。
技術介紹
1、對于協作機器人而言，準確獲取關節輸出扭矩信息是一個關鍵的內容。關節扭矩信息不但可以實時檢測機器人與外界環境間的作用力信息，確保機器人與人協作、交互過程中的安全性，還能夠讓機器人實現高級的運動控制，完成對力要求更高的任務。這種能力對于協作機器人工作過程的自適應性和靈活性至關重要，特別是面向復雜環境中的操作任務。
2、cn105422792a中提出了直接將應變片粘貼在機器人關節中的諧波減速器上，通過檢測諧波減速器中柔輪的受力變形來獲取關節的輸出扭矩信息。這種方法不會對機器人關節剛度產生影響，無需改變機器人整機結構，是一種理想的技術選擇。但在測量過程柔輪還會受到波發生器周期擠壓作用產生的變形干擾，難以準確提取出目標扭矩信號。
3、本專利技術提出原位集成在諧波減速器上的扭矩傳感器，進而消除干擾信號對扭矩測量的影響。為了進一步提高傳感器的測量精度，提出了原位集成在諧波減速器上的扭矩傳感器標定裝置，避免了傳感器安裝帶來的影響。同時本專利技術提出將干擾信號與波發生器位置結合的標定方法，能夠有效提高原位集成扭矩傳感器的測量精度，對于機器人關節扭矩測量具有重要意義。
技術實現思路
1、為了解決原位集成扭矩傳感器在測量過程受波發生器擠壓的干擾，本專利技術提出了原位集成在諧波減速器上的扭矩傳感器、標定裝置及方法，有效提高原位測量的準確程度，可廣泛用于機器人領域中。同時在圓周方向冗
2、本專利技術的技術方案：原位集成在諧波減速器上的扭矩傳感器1包括應變式扭矩測量結構1-1、絕緣膜1-2和保護膜1-3；諧波減速器2包括剛輪2-1、柔輪2-2和波發生器2-3；應變式扭矩測量結構1-1包括測量敏感柵3、連接柵4、引線5和焊盤6；若干個測量敏感柵3之間通過連接柵4串聯，均勻布滿柔輪2-2法蘭凹槽10圓周，形成一種連續的彎折結構；焊盤6位于應變式扭矩測量結構1-1的端部位置；引線5一端通過粘接劑與焊盤6連接，另一端向外側延伸；絕緣膜1-2為一種圓環狀結構，設置在應變式扭矩測量結構1-1與柔輪2-2法蘭凹槽10之間，且絕緣膜1-2與應變式扭矩測量結構1-1、柔輪2-2法蘭凹槽10三者共圓心；應變式扭矩測量結構1-1中測量敏感柵3、連接柵4和焊盤6通過磁控濺射、真空蒸鍍、絲網印刷、等離子體增強化學氣相沉積中一種方法制備；保護膜1-3為一種圓環狀結構，設置在應變式扭矩測量結構1-1上，在焊盤6的位置處鏤空。
3、所述扭矩傳感器的應變式扭矩測量結構1-1個數為2的倍數，通過不同配置形式的惠斯通半橋電路或全橋電路放大輸出。
4、所述扭矩傳感器的應變式扭矩測量結構1-1在柔輪2-2法蘭凹槽10的圓周方向布置1圈或2圈，且每圈布設的應變式扭矩測量結構1-1所處半徑位置相同。
5、所述扭矩傳感器的應變式扭矩測量結構1-1厚度為200-800nm，測量敏感柵3長度為1-5mm，寬度為10-500μm。
6、原位集成在諧波減速器上的扭矩傳感器標定裝置包括機器人關節7、標準扭矩傳感器8以及加載裝置9；諧波減速器2安裝在機器人關節7上；機器人關節7的輸出與標準扭矩傳感器8一端連接，標準扭矩傳感器8的另一端與加載裝置9連接。
7、所述加載裝置9為磁粉制動器、力矩電機或連桿的一種。
8、原位集成在諧波減速器上的扭矩傳感器標定方法，包括以下步驟，
9、步驟一：僅使用機器人關節7進行標定；
10、步驟1.1：令波發生器2-3轉到機器人關節7電機端絕對零點位置并將原位集成在諧波減速器上的扭矩傳感器1輸出信號調為零，然后令波發生器2-3以步長為3°逐點轉動，在每個點位置停止10s，直到360°位置；分別記錄波發生器2-3的角度與原位集成在諧波減速器上的扭矩傳感器1的輸出電壓，并以波發生器2-3角度thetawg1為橫坐標、原位集成在諧波減速器上的扭矩傳感器1輸出電壓u01為縱坐標，擬合二者間的關系；
11、步驟1.2：重復步驟1.1，依次令波發生器2-3轉到720°、1080°位置，直至機器人關節7輸出端轉1整圈，波發生器2-3轉到36000°位置處；分別擬合不同角度范圍原位集成在諧波減速器上的扭矩傳感器1輸出電壓u0i與波發生器2-3角度thetawgi，i＝2，3，...，100的關系；
12、步驟二：將機器人關節7輸出與標準扭矩傳感器8一端相連，標準扭矩傳感器8的另一端與加載裝置9相連進行標定；
13、步驟2.1：令波發生器2-3轉到機器人關節7電機端絕對零點位置并將扭矩傳感器1輸出信號調為零，然后將波發生器2-3鎖緊，控制加載裝置9為標定裝置施加m個等間隔、階梯增加的負載，直至扭矩傳感器1的滿量程后再逐漸卸載，在每個點位置停止10s；分別記錄正、反行程扭矩傳感器1輸出電壓u00與標準扭矩傳感器8扭矩t，以標準扭矩傳感器8的扭矩t為橫坐標、扭矩傳感器1輸出電壓u00為縱坐標，通過最小二乘法擬合獲得相應的線性關系u00＝a1t+b1；
14、步驟2.2：重復步驟2.1，依次令波發生器2-3轉到30°、60°、90°、120°、150°位置，得到兩條標定直線u030＝a2t+b2、u060＝a3t+b3、u090＝a4t+b4、u0120＝a5t+b5、u0150＝a6t+b6；然后將6條擬合直線求平均，得到最終的擬合直線u＝at+b，式中，u為扭矩傳感器的輸出電壓，a＝(a1+a2+a3+a4+a5+a6)/6，b＝(b1+b2+b3+b4+b5+b6)/6；
15、步驟2.3：測得的扭矩信息為：t＝[(u-u0i)-b]/a。
16、本專利技術的有益效果：本專利技術提出的原位集成在諧波減速器上的扭矩傳感器、標定裝置及方法，避免了外加傳感器彈性體對機器人關節性能的影響。同時通過將扭矩傳感器的應變式扭矩測量結構沿柔輪周向布置，并將測量過程的干擾信號與波發生器位置結合起來，能夠有效抑制波發生器擠壓對測量的干擾，顯著提高在諧波減速器上原位測量扭矩的準確程度。
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1.一種原位集成在諧波減速器上的扭矩傳感器，其特征在于，所述原位集成在諧波減速器上的扭矩傳感器(1)包括應變式扭矩測量結構(1-1)、絕緣膜(1-2)和保護膜(1-3)；所述諧波減速器(2)包括剛輪(2-1)、柔輪(2-2)和波發生器(2-3)；
2.根據權利要求1所述的原位集成在諧波減速器上的扭矩傳感器，其特征在于，所述原位集成在諧波減速器上的扭矩傳感器(1)的應變式扭矩測量結構(1-1)個數為2的倍數，通過不同配置形式的惠斯通半橋電路或全橋電路放大輸出。
3.根據權利要求1或2所述的原位集成在諧波減速器上的扭矩傳感器，其特征在于，所述原位集成在諧波減速器上的扭矩傳感器(1)的應變式扭矩測量結構(1-1)在柔輪(2-2)法蘭凹槽(10)的圓周方向布置1圈或2圈，且每圈布設的應變式扭矩測量結構(1-1)所處半徑位置相同。
4.根據權利要求1所述的原位集成在諧波減速器上的扭矩傳感器，其特征在于，所述扭矩傳感器的應變式扭矩測量結構(1-1)厚度為200-800nm，測量敏感柵(3)長度為1-5mm，寬度為10-500μm。
5.一種原位
6.根據權利要求5所述的原位集成在諧波減速器上的扭矩傳感器標定裝置，其特征在于，所述加載裝置(9)為磁粉制動器、力矩電機或連桿的一種。
7.一種原位集成在諧波減速器上的扭矩傳感器標定方法，其特征在于，包括以下步驟；
...【技術特征摘要】
1.一種原位集成在諧波減速器上的扭矩傳感器，其特征在于，所述原位集成在諧波減速器上的扭矩傳感器(1)包括應變式扭矩測量結構(1-1)、絕緣膜(1-2)和保護膜(1-3)；所述諧波減速器(2)包括剛輪(2-1)、柔輪(2-2)和波發生器(2-3)；
2.根據權利要求1所述的原位集成在諧波減速器上的扭矩傳感器，其特征在于，所述原位集成在諧波減速器上的扭矩傳感器(1)的應變式扭矩測量結構(1-1)個數為2的倍數，通過不同配置形式的惠斯通半橋電路或全橋電路放大輸出。
3.根據權利要求1或2所述的原位集成在諧波減速器上的扭矩傳感器，其特征在于，所述原位集成在諧波減速器上的扭矩傳感器(1)的應變式扭矩測量結構(1-1)在柔輪(2-2)法蘭凹槽(10)的圓周方向布置1圈或2圈，且每圈布設的應變式扭矩測量結構(1-1)所處半徑位置相同。
4.根據權利要求1所述...
【專利技術屬性】
技術研發人員：王曉東，沈文強，婁志峰，高海龍，王思志，
申請(專利權)人：大連理工大學，
類型：發明
國別省市：
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