[发明专利]基于逆磁致伸缩效应的非接触式机器人关节扭矩测量装置

摘要

基于逆磁致伸缩效应的非接触式机器人关节扭矩测量装置，属于机器人机械臂精密控制的传感测量技术，其技术要点是：机器人关节扭矩的输出轴上涂敷有超磁致伸缩材料涂层条，超磁致伸缩材料涂层条分为正超磁致伸缩材料涂层条和负超磁致伸缩材料涂层条，正超磁致伸缩材料涂层条和负超磁致伸缩材料涂层条等间隔沿轴向左右对称倾斜涂敷在输出轴上；输出轴上于超磁致伸缩材料涂层条的外侧套设有套筒，所述套筒的内壁上装配有激励线圈，激励线圈的内壁上沿轴向并排装配有相同规格的左测量线圈和右测量线圈。本发明在不接触传动轴、不改变传动轴受力状况以及旋转和动态工作条件下对扭矩进行高准确度、高精度的实时动态测量，从而实现对机械臂的精密控制。

主权项

1.基于逆磁致伸缩效应的非接触式机器人关节扭矩测量装置，其特征在于：所述机器人关节扭矩的输出轴(1)上涂敷有超磁致伸缩材料涂层条(2)，所述超磁致伸缩材料涂层条(2)分为正超磁致伸缩材料涂层条(2a)和负超磁致伸缩材料涂层条(2b)，所述正超磁致伸缩材料涂层条(2a)和负超磁致伸缩材料涂层条(2b)等间隔沿轴向左右对称倾斜涂敷在输出轴(1)上；所述输出轴(1)上于超磁致伸缩材料涂层条(2)的外侧套设有套筒(3)，所述套筒(3)的内壁上装配有激励线圈(4)，所述激励线圈(4)的内壁上沿轴向并排装配有相同规格的左测量线圈(5a)和右测量线圈(5b)；测量过程为：步骤a、将正弦激励信号通入激励线圈(4)，用于提供正弦激励磁场，使两个规格相同的左测量线圈(5a)和右测量线圈(5b)在正弦交变磁场的作用下，产生大小相同的感应电动势；步骤b、将这两个规格相同的左测量线圈(5a)和右测量线圈(5b)反向串联，用于传感测量的调零；步骤c、涂敷有超磁致伸缩材料涂层条(2)的输出轴(1)在扭矩的作用下发生应变，使超磁致伸缩材料涂层条(2)的内部磁化状态改变，导致两个规格相同的左测量线圈(5a)和右测量线圈(5b)中的磁场发生变化，输出差动感应电压Uo，所述输出差动感应电压Uo计算方式为：式中：μ表示超磁致伸缩材料的磁导率，λs表示超磁致伸缩材料的饱和磁致伸缩系数，f表示激励信号的频率，N2表示测量线圈的匝数，H表示磁场强度，S表示超磁致伸缩材料涂层条的截面积，Bs表示超磁致伸缩材料的饱和磁感应强度，Wp表示输出轴的抗截面系数，T表示扭矩。步骤d、根据输出差动电压Uo与扭矩呈正比例关系，获得扭矩值。