[发明专利]一种关节角测量装置及测量方法

说明书

本发明公开了一种关节角测量装置，包括上套管、下套管、薄膜压力传感器、推动板、线性压缩弹簧、施压板、滑动杆；上套管的内部一端固定所述薄膜压力传感器，另一端与下套管的一端固定相连；线性压缩弹簧设于上套管和下套管内，且一端固定安装施压板，并与薄膜压力传感器相接触；滑动杆一端可自由滑动地伸入下套管内，且通过推动板与线性压缩弹簧的另一端固定相连。本发明通过薄膜压力传感器测量压缩弹簧施加的弹性力，得到压缩弹簧的长度，从而得到关节角测量装置的长度，进一步地通过余弦定理实现关节角测量，结构简单，无需提前规划。

技术领域

本发明属于测量领域，具体涉及关节角度的测量。

背景技术

关节角度是机器人的一项重要参数，为机器人的控制提供依据。因此，关节角度测量在机器人领域有着重要的作用。现有的关节角度测量主要使用编码器，这种技术现在已经很成熟，但是需要在机器人设计的时候就考虑进去。使用编码器会增大关节的尺寸，使机器人看起来不够协调。同时，编码器只能测量关节角度。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种无需提前规划、需要测量关节角时可随时安装的测量装置。

为了达到上述目的，本发明提供了一种关节角测量装置，包括上套管、下套管、薄膜压力传感器、推动板、线性压缩弹簧、施压板、滑动杆；上套管的内部一端固定所述薄膜压力传感器，另一端与下套管的一端固定相连；线性压缩弹簧设于上套管和下套管内，且一端固定安装施压板，并与薄膜压力传感器相接触；滑动杆一端可自由滑动地伸入下套管内，且通过推动板与线性压缩弹簧的另一端固定相连。

进一步的，上套管远离下套管的一端设有安装孔；滑动杆伸出下套管的一端设有安装孔。

进一步的，滑动杆与下套管通过直线轴承装配；薄膜压力传感器通过黏粘的方式固定在上套管的内部。

进一步的，线性压缩弹簧的两端分别通过卡扣与推动板和施压板固定安装。

进一步的，上套管和下套管通过螺纹连接；滑动杆与推动板通过螺纹装配。

本发明还提供了采用上述关节角测量装置进行关节角测量的方法，通过将所述关节角测量装置的两端分别可转动地安装在关节角的两个连杆上，通过薄膜压力传感器测定的压力，计算当前线性压缩弹簧的长度，进一步计算关节角测量装置的长度，根据两个安装点至关节轴的长度，利用余弦定理计算关节角度。

进一步的，进行关节角测量时，在关节角的两个连杆上设置安装孔，关节角测量装置两端的安装孔内分别装配有轴承，并分别通过螺钉穿过轴承、对应连杆上的安装孔后与螺帽固定。

具体的，关节角度可通过以下公式计算得到：

式中，l₁、l₂分别为关节角的两个连杆上安装孔至关节轴的距离，l₃为关节角测量装置两端安装孔之间的距离，l₄为上套管的安装孔至施压板与线性压缩弹簧接触面之间的距离，l₅为当前线性压缩弹簧的长度，l₆为滑动杆的安装孔到推动板与线性压缩弹簧接触面之间的距离，l₅₀为线性压缩弹簧自然伸长状态时的长度，F为薄膜压力传感器测得的压力，k为线性压缩弹簧的弹性系数。

本发明相比现有技术具有以下优点：

本发明通过薄膜压力传感器测量压缩弹簧施加的弹性力，得到压缩弹簧的长度，从而得到关节角测量装置的长度，进一步地通过余弦定理实现关节角测量，结构简单，无需提前规划。

同时线性压缩弹簧的使用，还可以起到储能和提高关节柔顺的作用。

本发明实时检测了弹簧的驱动力，为关节动力学模型的构建提供了依据。

附图说明