[发明专利]一种高精度的谐波齿轮传动内置力矩传感器及其测量方法

摘要

本发明涉及一种高精度的谐波齿轮传动内置力矩传感器。包括直流稳压模块、直角应变花、惠斯通半桥电路、信号放大电路、加法器和信号采集电路。方法为谐波齿轮传动中的柔轮产生的应变量被贴在柔轮底部的直角应变花转化为电阻变化量，再经惠斯通半桥电路转化为电压信号，通过信号放大和信号叠加去除了波发生器和柔轮转动带来的扰动信号，得到负载力矩信号，最后由信号采集模块将其变为数字量输出。本发明能够有效抑制测量信号中波发生器和柔轮转动带来的扰动，并克服应变片自身误差和粘贴误差带来的测量误差，提供一种高精度、高集成度的谐波齿轮传动力矩测量。

主权项

1.一种高精度的谐波齿轮传动内置力矩传感器，其特征在于：包括顺序连接的直流稳压模块、测量模块、加法器和信号采集模块；所述测量模块为多个，每个测量模块用于测量谐波齿轮传动的柔轮应变，接入直流稳压模块输出的电压，输出电压信号至加法器；所述测量模块包括顺序连接的惠斯通半桥电路和可调信号放大电路；所述高精度的谐波齿轮传动内置力矩传感器测量方法包括以下步骤：所述加法器用于将多个测量模块输出的电压信号进行相加后输出至信号采集模块；1)调整各个测量模块中惠斯通半桥电路的第一可调电阻，使各测量模块输出电压为0，并对各个可调信号放大电路设置同样的放大系数K0，即将各个可调信号放大电路的第二可调电阻设为相同值；2)令谐波齿轮传动在空载下匀速转动设定时间，并同步采集各测量模块的输出电压；3)对采集到的电压进行最小二乘拟合得到拟合参数；所述对采集到的电压进行最小二乘拟合通过下式实现式中，V_i为第i个测量模块的电压输出值，测量模块的序号按对应直角应变花在柔轮底部的位置顺时针排序，β为谐波齿轮传动的转角，a、b₁、b₂、c_i、和m_i为拟合的参数；4)根据拟合参数计算调节系数Ki；5)根据拟合参数中mi的拟合结果改变第i个测量模块中惠斯通半桥电路的第一可调电阻，使mi为0；根据调节系数Ki改变第i个测量模块中可调信号放大电路的第二可调电阻，使其放大系数变为KiK0；6)此时由加法器输出的电压信号即为力矩信号；所述根据拟合参数计算调节系数Ki通过下式得到其中K₁＝1，V_i和m_i为最小二乘拟合的结果。