本实用新型专利技术涉及一种用于压电材料力频特性检测的力矩传感器，包括应变横梁、内轮辐和外轮辐，内轮辐与外轮辐分别作为力矩传感器的输入单元或输出单元，内轮辐与外轮辐之间安装有多个应变横梁，应变横梁内开设有通孔，应变横梁上设有与通孔对应的梁槽，该梁槽的开口处安装有压电薄膜。本实用在应变横梁上进行两次应力放大，第一次应力放大通过在应变横梁上开通孔来实现，第二次放大通过在通孔一侧或者两侧位置构建梁槽与压电薄膜构成梁膜结构进行第二次应力放大，这样能大大增加传感器的灵敏度；在检测力矩时，位于两次放大部位的压电薄膜在受力的同时会产生频率变化，通过对频率的测试实现力矩的检测，具有响应时间快，测量精度高，稳定性高等优点。稳定性高等优点。稳定性高等优点。
【技术实现步骤摘要】
一种用于压电材料力频特性检测的力矩传感器
[0001]本技术涉及压电材料力频特性检测
，特别是涉及一种用于压电材料力频特性检测的力矩传感器。
技术介绍
[0002]近些年来，机械臂在工业、物流、服务业等各个领域的使用频率不断增长。与此同时，机械臂与人同时作业的场景(如手动示教、康复机器人等)也显著增加。要完成人与机械臂的直接接触需要机械臂具备更加灵巧的运动和优秀的力控性能，这通常通过柔顺控制算法来实现。
[0003]柔顺控制算法的关键问题在于机械臂的接触力信息的获得。对于由多个旋转关节所组成的串联机器人来说，一般通过利用检测在施加的力矩时而产生形变的力矩传感器来得到力矩信息。
[0004]除了在机器人领域以外，还有许多领域需要力矩传感器来对力矩进行精准检测，如自动机床、钻探机械、汽车发动机等设备，总的来说，只要需要电机的设备都会涉及到力矩的检测，因此力矩传感器在各领域起着重要的作用。
[0005]由现有技术可知的各种用于检测力矩的装置应用最多的就是应变片式传感器。例如专利文献CN105965504A描述了一种用于检测力矩的装置，该装置使用四根横梁的轮辐结构结合金属应变仪作为敏感单元，并使用一种将应变仪交错连接的方法对力矩进行检测，该设计总共使用8个应变仪，其中四个应变片为一组组成电桥电路，在实现对应变仪的电阻值进行测量的同时通过特殊的电桥电路实现温度补偿，而另外四个应变仪的安装则是为了在保证整体结构对称性的同时提供另外一组电桥电路作为测量对比参考，减少测量误差，此种传统传感器的设计使得传感器的敏感单元数量太多，传感器的整体刚度会有所降低，同时采用应变片作为传感单元具有精度不高，测量速度慢,动态响应低的缺点。
[0006]专利文献CN106737773A则提出一种高刚度的传感器，利用新颖的结构设计，来提高整体结构的刚度，防止轴向和径向力对传感器进行干扰，但是敏感单元仍旧是使用8个金属应变片，且没有对传感单元进行提高灵敏度设计。
技术实现思路
[0007]本技术所要解决的技术问题是提供一种用于压电材料力频特性检测的力矩传感器在应变横梁上进行两次应力放大，第一次应力放大通过在应变横梁上开通孔来实现，第二次放大通过在通孔一侧或者两侧位置构建梁槽与压电薄膜构成梁膜结构进行第二次应力放大，这样能大大增加传感器的灵敏度。
[0008]本技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种用于压电材料力频特性检测的力矩传感器，包括应变横梁、内轮辐和外轮辐，所述的内轮辐与外轮辐分别作为力矩传感器的输入单元或输出单元，所述的内轮辐与外轮辐之间安装有多个应变横梁，该应变横梁内开设有通孔，所述的应变横梁上设有与通孔对应的梁槽，该梁槽的开口处安装有
压电薄膜。
[0009]作为对本技术所述的技术方案的一种补充，每个应变横梁位于通孔的上、下两侧均对称布置有两个梁槽，每个梁槽内均安装有一压电薄膜。
[0010]作为对本技术所述的技术方案的一种补充，所述的应变横梁共有两个且沿圆周方向对称布置，其中一个应变横梁侧面的两个压电薄膜为一组，另有一个应变横梁侧面的两个压电薄膜为另外一组，力矩作用时，每组中的两个压电薄膜分别受拉、受压形成差动式，处于相同的温度条件，数字电路在对这两个压电薄膜进行频率测量的同时，通过相减去除温度引起的频率变化，实现温度补偿，得到两组测量数据形成对比，去除温度的影响。
[0011]作为对本技术所述的技术方案的一种补充，所述的通孔呈哑铃状。
[0012]作为对本技术所述的技术方案的一种补充，所述的压电薄膜的厚度范围为0.01mm
‑
2mm。
[0013]作为对本技术所述的技术方案的一种补充，所述的梁槽的开口处设有放置压电薄膜的安装凹槽。
[0014]作为对本技术所述的技术方案的一种补充，所述的梁槽和安装凹槽整体呈凸字型。
[0015]作为对本技术所述的技术方案的一种补充，所述的内轮辐与外轮辐之间安装有多个支撑梁。
[0016]作为对本技术所述的技术方案的一种补充，所述的支撑梁呈扇形块状结构，该支撑梁上开设有减重孔。
[0017]作为对本技术所述的技术方案的一种补充，所述的支撑梁共有两个且沿圆周方向对称布置。
[0018]有益效果：本技术涉及一种用于压电材料力频特性检测的力矩传感器，具有以下几个优点：
[0019]1、在应变横梁上进行两次应力放大，第一次应力放大通过在应变横梁上开通孔来实现，第二次放大通过在通孔一侧或者两侧位置构建梁槽与压电薄膜构成梁膜结构进行第二次应力放大，这样能大大增加传感器的灵敏度；
[0020]2、以压电薄膜为敏感单元，使用至少一对的压电薄膜敏感单元为一组，组成的数字电路代替传统应变片式传感器中以四个金属应变片敏感单元为一组组成的电桥电路测量力矩，在相同的温度条件下，通过差动结构，相减去除温度引起的频率变化，实现温度补偿，减少传感单元的使用个数，提高传感器的刚度，解决现有力矩传感器敏感单元数量过多的问题；
[0021]3、对称布置的支撑梁用于因两次放大之后的结构刚度损失补偿，同时可做到在不增加传感器整体厚度的情况下增加传感器刚度，解决传感器的刚度问题；
[0022]4、支撑梁上开设有圆孔，设置圆孔不仅能减轻重量，而且加强支撑梁的抗变形能力；
[0023]5、本技术用于力矩检测时，只需要检测石英力频敏感单元的频率变化便可以实现对力矩的检测，数字量的输出，具有精度高，频率稳定性高，响应时间快，抗干扰能力强，滞后小等优点。
附图说明
[0024]图1是本技术实施例一所述的力矩传感器的主视图；
[0025]图2是本技术图1的局部放大图；
[0026]图3是本技术实施例一所述的力矩传感器的立体图；
[0027]图4是本技术实施例二所述的力矩传感器的主视图；
[0028]图5是本技术进行灵敏度测试的实验图；
[0029]图6是本技术进行解析度测试的实验图。
[0030]图示：1、应变横梁，2、压电薄膜，3、安装凹槽，4、梁槽，5、通孔，6、支撑梁，7、内轮辐，8、外轮辐，9、中间岛，10、减重孔。
具体实施方式
[0031]下面结合具体实施例，进一步阐述本技术。应理解，这些实施例仅用于说明本技术而不用于限制本技术的范围。此外应理解，在阅读了本技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
[0032]本技术的实施方式涉及一种用于压电材料力频特性检测的力矩传感器，如图1
‑
6所示，包括应变横梁1、内轮辐7和外轮辐8，所述的内轮辐7与外轮辐8分别作为力矩传感器的输入单元或输出单元，一种情况是内轮辐7作为输入单元、外轮辐8作为输出单元，另一种情况是内轮辐7作为输出单元、外轮辐8作为输本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于压电材料力频特性检测的力矩传感器，其特征在于：包括应变横梁(1)、内轮辐(7)和外轮辐(8)，所述的内轮辐(7)与外轮辐(8)分别作为力矩传感器的输入单元或输出单元，所述的内轮辐(7)与外轮辐(8)之间安装有多个应变横梁(1)，该应变横梁(1)内开设有通孔(5)，所述的应变横梁(1)上设有与通孔(5)对应的梁槽(4)，该梁槽(4)的开口处安装有压电薄膜(2)。2.根据权利要求1所述的一种用于压电材料力频特性检测的力矩传感器，其特征在于：每个应变横梁(1)位于通孔(5)的两侧均对称布置有两个梁槽(4)，每个梁槽(4)内均安装有一压电薄膜(2)。3.根据权利要求2所述的一种用于压电材料力频特性检测的力矩传感器，其特征在于：所述的应变横梁(1)共有两个且沿圆周方向对称布置，其中一个应变横梁(1)侧面的两个压电薄膜(2)为一组，另有一个应变横梁(1)侧面的两个压电薄膜(2)为另外一组，力矩作用时，每组中的两个压电薄膜(2)分别受拉、受压形成差动式，处于相同的温度条件，得到两组测量数据形成对比。4.根据权利要求1所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈庆盈，付浩，杨桂林，赵岷江，周强，鲍世勇，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：新型
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。