一种用于机器人关节的光电原理扭矩传感器及使用方法技术

本发明专利技术公开了一种用于机器人关节的光电原理扭矩传感器及使用方法，其中扭矩传感器包括：内环结构件，通过内环定位孔与前端机械臂固定连接；外环结构件，通过外环定位孔与后端机械臂固定连接；至少一个连接件，包括第一柔性弯曲件、第二柔性弯曲件、柔性连接件和梯形梁；光电传感器和反射面，设置在连接件中；内环结构件与外环结构件通过至少一个连接件实现固定。本发明专利技术提供的扭矩传感器结构简洁，装配简单，可应用于各类机器人关节中，此外，本发明专利技术提供的扭矩传感器工作原理简单，不易受其他外界因素干扰，制造成本低，泛用性强，且整体组装维护方便、可靠性高、实用性强。实用性强。实用性强。

【技术实现步骤摘要】
一种用于机器人关节的光电原理扭矩传感器及使用方法


[0001]本专利技术涉及机器人制造
，具体涉及一种用于机器人关节的光电原理扭矩传感器及使用方法。

技术介绍

[0002]随着科技的进步，机器人技术得到迅速发展，在工业领域和服务领域等多个领域内都有着广阔的发展前景。其中近年来，许多服务机器人和工业机器人都逐渐探索如何实现对机器人的力控制，从而提高机器人的工作性能。如果可以控制机器人与环境之间的相互作用力，那么机器人就能够与人类进行协作，例如将机器人力控单元应用于工业制造系统中，就可以提高工作效率以及人与机器人之间的碰撞安全性。
[0003]目前由于机器人本身的摩擦阻尼较大，无法直接通过驱动电机参数精确感知外力，所以主要在机器人关节处和易碰撞处集成力传感器以实现对机器人力控制。目前有两种传感器集成方案，一是可在机器人的末端执行器上安装商用的6轴力/力矩传感器，然而，该传感器过于昂贵，无法广泛应用于服务机器人和工业机器人。另一方面则是可以在机器人的各个关节安装扭矩传感器，直接测量扭矩，结合控制算法，可以实现每个关节的力控。后一种方法更为经济实用。目前，扭矩传感器主要分为接触式与非接触式两大类型，接触式主要为应变片式传感器，也是最为常用的扭矩传感器，然而这种传感器受所在梁的材料、形状以及测量环境因素等影响较大。非接触式传感器则是磁电式传感器，其通过测量磁通量的变化来推算关节扭矩，需要在扭转轴的两侧安装齿轮、铁心、线圈等机构，导致整体结构异常复杂，相应的传感器尺寸和质量较大，难以应用在轻量化的机器人上。因此，现有扭矩传感器各有弊端，使其无法在机器人关节中得到很好的应用。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术实施例提供了一种用于机器人关节的光电原理扭矩传感器及使用方法，以解决现有技术中机器人关节使用的传感器应用广泛度不够高的问题。
[0005]本专利技术实施例提供了一种用于机器人关节的光电原理扭矩传感器，包括：内环结构件，通过内环定位孔与前端机械臂固定连接；外环结构件，通过外环定位孔与后端机械臂固定连接；至少一个连接件，包括第一柔性弯曲件、第二柔性弯曲件、柔性连接件、内梯形梁和外梯形梁；光电传感器和反射面，设置在每个连接件中；内环结构件与外环结构件通过至少一个连接件实现固定。
[0006]可选地，第一柔性弯曲件和第二柔性弯曲件通过柔性连接件固定连接。
[0007]可选地，内环结构件通过内梯形梁与连接件固定连接；外环结构件通过外梯形梁与连接件固定连接。
[0008]可选地，第一柔性弯曲件和第二柔性弯曲件形成“匚”型结构。
[0009]可选地，光电传感器设置在第一柔性弯曲件上；反射面设置在第二柔性弯曲件上；光电传感器和反射面相对设置。
[0010]可选地，光电传感器包括发光二极管和光接收器；反射面为反射胶带。
[0011]可选地，还包括：微处理器，设置在连接件中；微处理器与光电传感器通过相关电路连接。
[0012]可选地，在内环结构件和外环结构件中，对称设置四个连接件。
[0013]本专利技术实施例还提供了一种用于机器人关节的光电原理扭矩传感器的使用方法，应用前述的用于机器人关节的光电原理扭矩传感器，包括：微处理器采集光电传感器的输出电压，并转换为应变曲线；主控制器对应变曲线进行纠正零偏和线性拟合，得到实际扭矩信息。
[0014]本专利技术实施例的有益效果：本专利技术实施例提供了一种用于机器人关节的光电原理扭矩传感器及使用方法，光电原理扭矩传感器结构简洁，装配简单，可应用于各类机器人关节中，此外，本专利技术提供的扭矩传感器工作原理简单，不易受其他外界因素干扰，制造成本低，泛用性强，且整体组装维护方便、可靠性高、实用性强。
附图说明
[0015]通过参考附图会更加清楚的理解本专利技术的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本专利技术进行任何限制，在附图中：图1示出了本专利技术实施例中一种用于机器人关节的光电原理扭矩传感器的结构图；图2示出了本专利技术实施例中一种光电传感器原理图；图3示出了本专利技术实施例中一种光电传感器输出电压与距离变化的曲线图；图4示出了本专利技术实施例中一种扭矩传感器工作流程示意图。
具体实施方式
[0016]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0017]本专利技术实施例提供了一种用于机器人关节的光电原理扭矩传感器，如图1所示，包括：内环结构件1、外环结构件2、连接件3、光电传感器4、反射面5，其中：内环结构件1通过内环定位孔101与前端机械臂固定连接；外环结构件2通过外环定位孔201与后端机械臂固定连接；至少一个连接件3，包括第一柔性弯曲件301、第二柔性弯曲件302、柔性连接件303、内梯形梁304和外梯形梁305；光电传感器4和反射面5，设置在每个连接件3中；内环结构件1与外环结构件2通过至少一个连接件3固定连接。
[0018]在本实施例中，第一柔性弯曲件301和第二柔性弯曲件302通过柔性连接件303固定连接。内环结构件1通过内梯形梁304与连接件3固定连接；外环结构件2通过外梯形梁305与连接件3固定连接。第一柔性弯曲件301和第二柔性弯曲件302形成“匚”型结构。
[0019]光电传感器4设置在第一柔性弯曲件301上；反射面5设置在第二柔性弯曲件302上；光电传感器4和反射面5相对设置。如图1所示，光电传感器4和反射面5在第一柔性弯曲件301和第二柔性弯曲件302形成“匚”型结构中相对设置。光电传感器的相关电路6设置在第一柔性弯曲件301上。微处理器与光电传感器集成在相关电路6中。
[0020]如图2所示，光电传感器4包括发光二极管401和光接收器402；反射面5为反射胶带。
[0021]如图3所示，当反射物体放置在光电传感器上方时，传感器的输出电压V
out
根据物体与传感器上表面之间的距离δ而变化。当距离减小时，电压首先下降，然后在临界值达到最低电压。随着距离进一步减小，电压升高。
[0022]作为可选的实施方式，在内环结构件和外环结构件中，对称设置四个连接件。
[0023]在本实施例中，连接件的数量和光电传感器的数量根据实际需要进行设置。
[0024]本专利技术实施例还提供了一种用于机器人关节的光电原理扭矩传感器的使用方法，应用前述的用于机器人关节的光电原理扭矩传感器，包括：步骤S1，微处理器采集光电传感器的输出电压，并转换为应变曲线。
[0025]步骤S2，主控制器对应变曲线进行纠正零偏和线性拟合，得到实际扭矩信息。
[0026]在本实施例中，如图4所示，该扭矩传感器工作流程如下：将运动指令发送给机器人关节，关节执行运动，带动内部扭矩传感器运动。当传感器被施加扭矩时，所受到本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于机器人关节的光电原理扭矩传感器，其特征在于，包括：内环结构件，通过内环定位孔与前端机械臂固定连接；外环结构件，通过外环定位孔与后端机械臂固定连接；至少一个连接件，包括第一柔性弯曲件、第二柔性弯曲件、柔性连接件、内梯形梁和外梯形梁；光电传感器和反射面，设置在每个所述连接件中；所述内环结构件与所述外环结构件通过至少一个所述连接件实现固定。2.根据权利要求1所述的用于机器人关节的光电原理扭矩传感器，其特征在于，所述第一柔性弯曲件和所述第二柔性弯曲件通过所述柔性连接件固定连接。3.根据权利要求1所述的用于机器人关节的光电原理扭矩传感器，其特征在于，所述内环结构件通过所述内梯形梁与所述连接件固定连接；所述外环结构件通过所述外梯形梁与所述连接件固定连接。4.根据权利要求1所述的用于机器人关节的光电原理扭矩传感器，其特征在于，所述第一柔性弯曲件和所述第二柔性弯曲件形成“匚”型结构。5.根据权利要求1所述的用于机器人关节...

【专利技术属性】
技术研发人员：鞠锋，洪衍，储建华，
申请(专利权)人：江苏开璇智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：