一种机器人关节扭矩传感器的设计与研究.pdf

机器人技术
现代制造工程( Modern Manufacturing Engineering)
2017年第5期
种机器人关节扭矩传感器的设计与研究
盖海松23,徐方3,贾凯3,边弘晔
(1中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室,沈阳110016;
2中国科学院大学,北京10009;3沈阳新松机器人自动化股份有限公司,沈阳110168
摘要:设计了一种轮辐式机器人关节扭矩传感器,主要用于实时监测机器人各个关节处的扭矩,进而利用力矩传感器实
现机器人的柔性控制和人机协作。为了研究机器人的扭矩传感器,首先进行了力学分析,确定了应变片的粘贴位置;然
后对应变片的变形进行了分析;进而运用有限元分析软件对扭矩传感器进行了材料的选择和本体的优化;设计了信号
处理电路;最后利用标定装置对传感器进行了静态标定,通过分析获得传感器的灵敏度、线性度和迟滯等性能指标。
关键词:模块化关节;机器人柔性;应力应变;惠斯通电桥
中图分类号:TH-39文献标志码:A文章编号:1671-3133(2017)05-0033-05
DOI:10.16731/j.cnki.1671-3133.2017.05.007
Design and research of a robot joint torque sensor
Gai Haisong2-, Xu Fang>,Jia Kai, Bian Hongye
(1 State Key Laboratory of Robotics, Shenyang Institute of Automation, Chinese Academy of Sciences
Shenyang 110016, China; 2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100039, China;
3 Shenyang Siasun Robot Automation Co Ltd. Shenyang 110168, China)
Abstract: A wheel type robot joint torque sensor is designed and it is mainly used for real-time detection of robot joint torque, ro-
lexible control and human-computer collaboration. In order to study the torque sensor of robot, the mechanical analysis of the
robot is carried out firstly, and the position of the strain is determined. Then the deformation of the strain is analyzed, and the
choice of the material and the optimization of the material are analyzed by using the finite element analysis software. At the same
time, the sensor signal processing circuit was designed. Finally, through the calibration of sensor static calibration device, got the
sensitivity, linearity, hysteresis error and other performance indicators
Key words: modular joint; robot flexibility; stress-strain; Wheatstone bridge
0引言
器人关节,该关节采用轮辐式机械结构,实现了机器
人关节模块与连杆模块的快速连接,并且对其进行了
随着科学技术的不断发展,机器人对外界的感知有效的力学分析,实现了弹性体与信号处理电路一体
能力在不断提高,新型的工业机器人不再是单独的待化设计,结构设计简单轻质。最后通过对传感器的静
在围栏中做一些重复单一的搬运、焊接等任务,他们态标定,验证了该传感器能够很好地满足应用要求。
需要与人类进行协同工作,需要像人类的手臂一样更
加灵活自主地替代以人工作业为主的装配分拣及打
1扭矩传感器的工作原理
包工作山。而在这其中关节扭矩传感器发挥着至关1.1受力分析及粘贴位置分析
重要的作用,它能够实时监测机器人各个关节处的扭
本文中,机器人关节输出扭矩范围为0~30N?m,
矩,然后利用扭矩传感器实时反馈回来的数据与机器图1所示为本文所设计的轮辐式扭矩传感器。该传感
人动力学模型,可以实时监测操作臂与机器人是否发器由4对应变片、轮辐、内轮缘和外轮缘组成,轮辐对
生了碰撞?,从而采取相应的保护措施,实现机器人称排列。
的柔性以及机器人的人机协作
该轮辐式扭矩传感器本体的二维平面及剖视图
本文研究的关节扭矩传感器针对新型模块化机如图2所示,图2中R为内轮缘外圈半径。当传感器
万方数据