[发明专利]一种力矩传感器及其有效信号的检测方法

说明书

本公开提出的一种协作型机器人关节专用力矩传感器，该力矩传感器包括：弹性基体、应变片、信号调理模块；弹性基体为轮辐对称结构，所述弹性基体包括轮辐板外圈、轮辐板内圈、以及连接轮辐板外圈和内圈的连接辐板；弹性基体的中央位置为由轮辐板内圈形成的第一安装孔，轮辐板外圈上设有多个第二安装孔、轮辐板内圈上设有多个第三安装孔；第二安装孔用于安装传感器，第一安装孔和第三安装孔用于安装机器人关节的输出轴，连接辐板用于设置应变片粘贴区域，应变片粘贴在应变片粘贴区域。能够实现对协作型机器人关节力矩的直接测量、消除支撑力和支撑力矩对机器人关节力矩的耦合干扰，提高机器人关节力矩传感器的有效信号的检测精度。

技术领域

本发明涉及协作型机器人关节力矩控制检测领域，特别是涉及一种工业用 协作型机器人关节力矩(单抽扭矩)传感器及其有效信号的检测方法。

背景技术

传统的工业机器人机械臂关节中，通常只安装了角位置检测传感器(例如光 电编码器)，用于实现工业机器人机械臂关节空间运动的闭环控制，通常只能完 成单纯的位置和轨迹控制操作任务，例如喷涂、弧焊、搬运，非接触检测等。通 过在工业机器人机械臂操末端(腕部)安装多维力/力矩传感器实现力反馈，通过 力位混合控制技术，可以控制工业机器人完成例如抛光、擦洗、微量打磨、点焊 等这些力位约束近似解耦的操作任务。

对于例如装配、打磨、切割、摩擦焊等更复杂的操作任务，力位约束通常不 能近似解耦，操作力约束和机械臂末端位置约束在操作空间中是耦合的。要实现 这些力位耦合约束操作任务，工业机器人系统通常需要采用操作空间阻抗控制 方法，阻抗控制与其他常用动态控制方法类似，是一类二阶微分系统的闭环控制 方法。

在工业应用中，由于环境噪声等因素的影响，任何闭环控制系统的动态稳定 过程通常具有超调现象。对于结构刚度较大的工业机器人系统，在完成与环境接 触类操作任务中，闭环控制系统的很小位置超调，就能在机器人操作器端产生很 大的操作力误差，从而可能导致被加工零件或者机器人机械臂受损。这类高刚性 工业机器人系统在以人机合作、人机共融、多机器人协作等为主要特征的现代工 业中很难应用，存在突出的安全隐患。

为了提高工业机器人在实际应用中的操作安全性，需要在机器人关节空间 中实现灵活、精准的柔顺运动控制。这种不以单纯的定位精度为指标的系统设计 与控制目标，需要为工业机器人关节配置合适的关节力矩传感器。但是目前专用 于工业机器人的关节力矩传感器还没形成标准化的商品，给改进和研制新型高 性能工业机器人造成一定技术障碍。并且，在执行操作任务过程中，工业机器人 关节受力状态复杂，通常采用检测驱动电机电流来间接测量关节驱动力矩，则关 节力矩有效信号的精准提取具有较大技术难度。因此，工业机器人的专用关节力 矩传感器以及该传感器的有效信号检测单元的研制是具有实际应用价值的专门 技术。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提出了一种力矩传感器及其有效信号的检测方法， 实现对机器人关节力矩的直接测量、消除支撑力和支撑力矩对机器人关节力矩 的耦合干扰，提高机器人关节力矩传感器的有效信号的检测精度。

根据本公开的一方面，本申请实施例提出了一种力矩传感器，应用于协作 型工业机器人，所述力矩传感器包括：弹性基体、应变片、信号调理模块；弹 性基体为轮辐对称结构，所述弹性基体包括轮辐板外圈、轮辐板内圈、以及连 接轮辐板外圈和内圈的连接辐板；

所述弹性基体的中央位置为由轮辐板内圈形成的第一安装孔，所述轮辐板 外圈上设有多个第二安装孔、所述轮辐板内圈上设有多个第三安装孔；所述第 二安装孔用于安装所述传感器，所述第一安装孔和所述第三安装孔用于安装所 述机器人关节的输出轴，所述连接辐板用于设置应变片粘贴区域，所述应变片 粘贴在所述应变片粘贴区域。

在一种可能的实现方式中，所述第二安装孔、第三安装孔、应变片粘贴区 域分别关于第一安装孔的中心对称分布。

在一种可能的实现方式中，所述应变片的粘贴位置和方向关于第一安装孔 的中心对称分布。