一种抗干扰型电容式力矩传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种抗干扰型电容式力矩传感器，其包括传感器主体、电路板以及若干组电容器，所述传感器主体包括连接负载端和电路板的传感器外圈、连接动力端的传感器内圈及变形梁，每组所述电容器包括一动电极和一静电极，所述动电极沿传感器的轴向垂直固定在所述传感器内圈上，所述静电极垂直设在电路板上并位于动电极一侧，所述静电极与动电极的表面相互平行并留有间隙。本发明专利技术采用静电极与动电极相平行的设置方式，有效排除了外部的感应干扰。有效排除了外部的感应干扰。有效排除了外部的感应干扰。

【技术实现步骤摘要】
一种抗干扰型电容式力矩传感器


[0001]本专利技术涉及传感器
，具体涉及一种可用于工业机器人、协作机器人、医疗康复机器人、阻力外骨骼等扭矩测量的电容式力矩传感器。

技术介绍

[0002]电容式力矩传感器是基于电容器原理设计出的一种传感器，其包括静电极和动电极，在传感器受力发生变形时，动电极与静电极的距离产生变化，它们所构成的电容大小也会相应变化，通过测量电容差值，从而建立起电容差与力矩之间的关系，实现力矩的测量。由于具有可实现非接触测量、小尺寸、高精度、动态响应好等优点，被广泛应用在康复训练步态机器人等控制领域，对机器人关节受力实时监测，实现人机融合协作。
[0003]然而在目前机器人的关节应用中，现有的力矩传感器容易受到干扰跳动，人体或者是其他物体靠近感应电极附近时，采集数据会发生跳动，目前传感器主要依靠电容边缘效应来检测传感器信号，但是感应信号较小，这样采集出的传感器分辨率不足，而且因为存在伺服电机等外部的干扰源，传感器通常采用金属的外壳，传感器的感应电容非常小，即使采用接地等措施，也难以消除干扰。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种具有抗干扰功能的力矩传感器。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种抗干扰型电容式力矩传感器，包括传感器主体、电路板以及若干组电容器，所述传感器主体包括连接负载端和电路板的传感器外圈、连接动力端的传感器内圈及变形梁，每组所述电容器包括一动电极和一静电极，所述动电极沿传感器的轴向垂直固定在所述传感器内圈上，所述静电极垂直设在电路板上并位于动电极一侧，所述静电极与动电极的表面相互平行并留有间隙。
[0007]所述传感器主体内设有传动轴以及依次安装在传动轴的轴身上的外压紧法兰、轴承和内压紧法兰，所述传感器主体的内壁上形成多处台阶，所述传动轴具有一齿轮状的头部并且沿轴身的周向形成有凸边，其中传动轴的头部与传感器内圈相配合，外压紧法兰通过螺钉固定在内壁的台阶上并压紧在轴承的外圈下端，轴承的外圈上端压在内壁的台阶上，所述内压紧法兰通过螺钉固定在传动轴的轴肩上并压紧轴承的内圈上端，轴承的内圈下端压在所述传动轴的凸边上。
[0008]还包括转接法兰和过渡法兰，所述传动轴通过螺钉与所述转接法兰相连，并通过所述转接法兰连接外部的驱动电机，所述传感器外圈通过螺栓与过渡法兰相连，并通过所述过渡法兰连接外部的负载。
[0009]所述电路板上在与所述动电极对应的位置上分别开有用于容置电动极的条形槽，所述静电极设在每个条形槽的边上并且与所述动电极相邻的位置上。
[0010]所述电路板具有四层结构，其中第二层分布电极信号线及电路，顶层以及第三、第
四层均为屏蔽层。
[0011]轴承采用内置十字型交叉滚子轴承。
[0012]所述静电极与动电极的间距小于2mm。
[0013]采用上述技术方案后，本专利技术与
技术介绍
相比，具有如下优点：
[0014]1、目前现有传感器的静电极与动电极在物理结构上大多是相互垂直的位置关系，主要依靠电容边缘效应来检测传感器信号，但是感应信号较小，这样采集出的信号分辨率不足；同时，因为静电极和金属外壳是相平行的位置，它们之间相当于平行板电容器，这样也引入了外壳干扰。因此本专利技术将静电极与动电极相垂直的方式改成平行的方式，使得静电极与动电极的相对面积加大，感应电容变大，采集信号的分辨率也将大大提高，同时由于静电极与金属外壳相垂直，也有效地排除了外壳的辐射感应干扰。
[0015]2、传动轴、外压紧法兰、十字型交叉滚子轴承、内压紧法兰等构成的解耦结构具有自动克服各种工况下倾覆力矩、轴向压力和径向压力等非待测力矩对测量准确性的影响，避免与力矩传感器所受到的待测力矩产生力耦合效应而造成测量误差问题，实现对力矩的准确测量。
附图说明
[0016]图1为本专利技术的立体剖面示意图；
[0017]图2为传感器主体上的动电极连接在传感器内圈上的示意图；
[0018]图3为本专利技术的爆炸示意图；
[0019]图4为本专利技术的截面图；
具体实施方式
[0020]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0021]实施例
[0022]请参阅图1至图4所示，本专利技术公开了一种抗干扰型电容式力矩传感器，包括传感器主体1、转接法兰2、过渡法兰3、设在传感器主体1内的传动轴4、内压紧法兰5、轴承6、外压紧法兰7、电路板8、密封圈10和四组电容器9；每组电容器9分别包括一动电极91和一静电极92，动电极91与静电极92的表面之间留有间隙并相互平行设置。
[0023]见图2，传感器主体1包括传感器外圈11、传感器内圈12、四道变形梁13和两道过载保护梁14，变形梁13连接在传感器外圈11与传感器内圈12之间并呈轮辐式分布，过载保护梁14为固定在传感器内圈12边缘上并往传感器外圈11方向伸出的悬臂梁，并且与传感器外圈11之间留有一定间隙，起过载保护作用。传感器外圈11的内壁上形成多处台阶(第一台阶15、第二台阶16、第三台阶17，见图4)，传感器主体1内部形成用于容纳轴承和法兰等多个部件的空腔，传感器主体1上还设有接头18，用于连通电源和通讯。
[0024]转接法兰2一方面连接外部的驱动电机，另一方面通过螺钉连接在传动轴4的下端，转接法兰2的外缘与传感器外圈11内壁的第一台阶15之间设置有密封圈10，传动轴4具有一齿轮状的头部41并且沿轴身的周向形成有凸边42，其中传动轴4的头部41与传感器内
圈12相配合，轴身上依次安装有内压紧法兰5、轴承6和外压紧法兰7，轴承6分为轴承的外圈和轴承的内圈，外压紧法兰7通过螺钉固定在内壁的第二台阶16上并压紧在轴承外圈的下端，轴承外圈的上端压在内壁的第三台阶17上，内压紧法兰5通过螺钉固定在传动轴4的轴肩上并压紧轴承内圈的上端，轴承内圈的下端压在传动轴4的凸边上。轴承6采用内置十字型交叉滚子轴承。
[0025]传感器内圈12上连接有四个动电极91，板状的动电极91通过安装块连接在传感器内圈12上，每个安装块上分别设有用于连接的传感器内圈和动电极的螺孔,使得四个动电极91以内圈中心对称分布且沿传感器的轴向垂直设置，电路板8通过螺钉固定在传感器外圈11上，电路板8上在与动电极91对应的位置上分别开有四个容置电动极91的条形槽，在每个条形槽的边上与动电极91相邻的位置分别设有一个静电极92，静电极92与电路板8的表面相垂直，使得静电极92与动电极91的表面相平行并且两者留有一定间隙，四个动电极91和静电极92分别构成了四组电容器9。
[0026]传感器外圈11通过螺栓与过渡法兰3相连，过渡法兰3同时连接外部的负载，外部的驱动电机等提供动力的一端连接转接法兰2，电机转动产生的力矩作用在转接法兰2上，并通过传动轴4传递到传感器内圈12，人体反馈本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗干扰型电容式力矩传感器，包括传感器主体、电路板以及若干组电容器，所述传感器主体包括连接负载端和电路板的传感器外圈、连接动力端的传感器内圈及变形梁，每组所述电容器包括一动电极和一静电极，所述动电极沿传感器的轴向垂直固定在所述传感器内圈上，所述静电极垂直设在电路板上并位于动电极一侧，其特征在于：所述静电极与动电极的表面相互平行并留有间隙。2.如权利要求1所述的一种抗干扰型电容式力矩传感器，其特征在于：所述传感器主体内设有传动轴以及依次安装在传动轴的轴身上的外压紧法兰、轴承和内压紧法兰，所述传感器主体的内壁上形成多处台阶，所述传动轴具有一齿轮状的头部并且沿轴身的周向形成有凸边，其中传动轴的头部与传感器内圈相配合，外压紧法兰通过螺钉固定在内壁的台阶上并压紧在轴承的外圈下端，轴承的外圈上端压在内壁的台阶上，所述内压紧法兰通过螺钉固定在传动轴的轴肩上并压紧轴承的内圈上端，轴承的内圈下端压在所述传动...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘海鸿，莫俊飞，许纪湖，卢美铭，张琦伟，陈琳，
申请(专利权)人：广西安博特智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：