一种基于平面螺旋线圈的非接触式扭矩传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于平面螺旋线圈的非接触式扭矩传感器，包括外壳、阶梯轴、中部轴、非晶态合金检测片、电路板、多个检测、励磁线圈以及线圈支架；检测、励磁线圈以及电路板固定在线圈支架上；线圈支架固定在扭矩敏感元件上；阶梯轴包含输入圆盘，弹性轴和固定圆盘，三者一体成型；非晶态合金检测片设置在弹性轴上；外壳通过输入圆盘外的固定法兰固定；采用磁弹式非接触扭矩测量，可以有效地减小由于系统刚度下降而导致的控制误差。本发明专利技术基于逆磁致伸缩效应检测扭转力的大小，安装维修简单、抗干扰能力强、耐用性好、能够实现非接触测量，容易向小型化发展，特别适合于扭矩的在线监测。测。测。

【技术实现步骤摘要】
一种基于平面螺旋线圈的非接触式扭矩传感器


[0001]本专利技术属于机器人
，具体涉及一种基于平面螺旋线圈的非接触式扭矩传感器。

技术介绍

[0002]力矩传感器是一种能感受力矩并按照一定的规律转换成可用信号的器件和装置，通常由敏感元件和弹性元件组成。力矩传感器在机器人
应用广泛，一般安装在机器人各个关节内部，能够全面地感知机器人与外部环境相互作用时所承受的力矩的大小，为机器人的柔顺控制提供力感信息。
[0003]目前力矩测量的几种主要方法包括应变式、光电式、电容式、电磁式与磁弹式等，各个方法都有其特有的优势，也存在着各自的缺点，适合应用的领域也往往不同。
[0004]应变片传感器力矩测量是通过在弹性轴上粘贴应变片组成测量电桥，当弹性轴受扭矩产生微小变形后引起电桥电阻值变化，应变电桥电阻的变化转变为电信号的变化从而实现扭矩测量。其优点在于精度灵敏度高，成本低廉；缺点为在旋转轴中附加了结构，高转速存在动平衡问题。
[0005]光电式力矩传感器将开孔数完全相同的两片圆盘形光栅固定在转轴上，并将光电元件和固定光源分别固定在光栅两侧，转轴无扭矩作用时两片光栅的明暗条纹错开，完全遮挡光路。有扭矩作用时两个圆盘形光栅的截面产生相对转角，明暗条纹部分重合，部分光线透过光栅照到光敏元件上，输出电信号。通过测量输出的电信号能够测得外加扭矩的大小。其优点在于可以实时监测，响应迅速；缺点是结构复杂、静标困难、可靠性较差、抗干扰能力差。
[0006]磁电式力矩传感器是在弹性轴的两端安装着两组齿数、形状及安装角度完全相同的齿轮，在齿轮的外侧各安装着一只接近磁强传感器。当弹性轴旋转时，这两组传感器就可以测量出两组脉冲波，比较这两组脉冲波的前后沿的相位差就可以计算出弹性轴所承受的扭矩量。其优点是精度高、成本较低、性能可靠；缺点是响应时间较长，对被测轴改动较大，影响系统。
[0007]磁弹式力矩传感器是在测试轴上粘贴磁致伸缩材料，在轴上施加扭矩后会导致粘贴材料发生应变，导致磁场变化，通过感应线圈表征出来。但是目前的磁弹式力矩传感器由于检测线圈探头和弹性体设计导致传感器体积庞大，难以适用于对体积具有严格限制条件的应用场景。

技术实现思路

[0008]为了解决上述现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种基于平面螺旋线圈的非接触式扭矩传感器，通过将中间轴设计成中空构型，适应不同物体的不同直径的轴，能够有效的降低成本，提高灵敏度、响应速度，增加传感器的通用性，并增加其结构强度。
[0009]本专利技术采用如下技术方案：
[0010]一种基于平面螺旋线圈的非接触式扭矩传感器，包含外壳、阶梯轴、中部轴，非晶态合金检测片、电路板、多个检测、励磁线圈以及线圈支架；检测、励磁线圈以及电路板固定在线圈支架上；线圈支架固定在扭矩敏感元件上；所述阶梯轴包含输入圆盘，弹性轴和固定圆盘，三者一体成型；非晶态合金检测片设置在弹性轴上；外壳通过输入圆盘外的固定法兰固定。
[0011]进一步的，所述中部轴为中空结构来放置不同直径的物体。
[0012]进一步的，所述输入圆盘设置4个沿圆周方向的螺纹孔；输入圆盘外有一圈固定法兰；固定法兰设置10个沿圆周方向的螺纹孔。
[0013]进一步的，所述固定圆盘沿圆周方向设置内、外两圈螺纹孔，内圈螺纹孔数量为10个，外圈螺纹孔数量为12个。
[0014]进一步的，所述线圈支架为2
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6个；线圈支架的底部设置3个螺纹孔，侧边设置4个螺纹孔。
[0015]进一步的，所述检测、励磁线圈通过螺钉固定在线圈支架侧边；所述电路板通过铜柱与螺钉固定在线圈支架上。
[0016]进一步的，所述非晶态合金检测片通过胶粘固定在弹性轴上。
[0017]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0018]1.本专利技术采用磁弹式非接触扭矩测量，可以有效地减小由于系统刚度下降而导致的控制误差。
[0019]2.本专利技术基于逆磁致伸缩效应检测扭转力的大小，安装维修简单、抗干扰能力强、耐用性好、能够实现非接触测量，容易向小型化发展，特别适合于扭矩的在线监测。
附图说明
[0020]图1是本专利技术一种基于平面螺旋线圈的非接触式扭矩传感器的立体外观示意图。
[0021]图2是本专利技术一种基于平面螺旋线圈的非接触式扭矩传感器的立体内部无外壳结构图。
[0022]图3是本专利技术一种基于平面螺旋线圈的非接触式扭矩传感器的立体内部无外壳无电路板结构图。
[0023]图4是本专利技术一种基于平面螺旋线圈的非接触式扭矩传感器的爆炸结构示意图。
[0024]图5是本专利技术一种基于平面螺旋线圈的非接触式扭矩传感器的立体结构剖视图。
[0025]图中标记示意为：1
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阶梯轴；2
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线圈支架；3
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检测、励磁线圈；4
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电路板；5
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外壳；6
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外壳固定螺钉；7
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电路板固定螺钉；8
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电路板固定铜柱；9
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线圈固定螺钉；10
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支架固定螺钉。
具体实施方式
[0026]下面结合实施实例及附图对本专利技术的技术方案作进一步阐述。
[0027]实施例1
[0028]如图1
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图5所示，本实施例提供了一种基于平面螺旋线圈的非接触式扭矩传感器，包括阶梯轴(1)、外壳(5)、中部轴、非晶态合金检测片，检测、励磁线圈(3)，线圈支架(2)和用于信号处理的电路板(4)。
[0029]阶梯轴(1)包含输入圆盘，弹性轴和固定圆盘，三者一体加工成型。
[0030]阶梯轴(1)底部为固定圆盘，中部为中空结构，在其圆周方向上有多个螺纹孔，内圈10个螺纹孔是与外界固定的孔。外圈为12个固定线圈支架(2)的螺纹孔，线圈支架(2)与阶梯轴(1)通过支架固定螺钉(10)连接。
[0031]阶梯轴(1)顶部为输入圆盘，在输入圆盘圆周方向同样有多个螺纹孔。内圈有10个螺纹孔，用来连接外部输入扭矩传递装置；外圈有4个螺纹孔，通过外壳固定螺钉(6)与外壳(5)进行连接。
[0032]阶梯轴(1)中部的圆柱体是传感器检测部分的弹性轴，通过胶粘工艺将非晶态合金检测片粘贴在圆柱表面上。
[0033]线圈支架(2)下端与阶梯轴(1)的固定圆盘顶部接触，下端一共有3个螺纹孔，靠近侧壁的两个螺纹孔是与阶梯轴(1)固定的孔，靠近外侧的螺纹孔是用来安装支撑电路板(4)的电路板固定铜柱(8)。线圈支架(2)侧壁外侧安装检测、励磁线圈(3)，侧壁有4个螺纹孔来通过线圈固定螺钉(9)固定检测、励磁线圈(3)。
[0034]所述线圈支架(2)与检测、励磁线圈(3)组成的系统在阶梯轴(1)中的固定圆盘圆周方向上均布安装，根据需求安装2
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6组。
[0035]电路板(4)上搭载信号处理系统，电路板(4)内本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于平面螺旋线圈的非接触式扭矩传感器，其特征在于：包含外壳、阶梯轴、中部轴、非晶态合金检测片、电路板、多个检测、励磁线圈以及线圈支架；检测、励磁线圈以及电路板固定在线圈支架上；线圈支架固定在扭矩敏感元件上；所述阶梯轴包含输入圆盘，弹性轴和固定圆盘，三者一体成型；非晶态合金检测片设置在弹性轴上；外壳通过输入圆盘外的固定法兰固定。2.根据权利要求1所述的一种基于平面螺旋线圈的非接触式扭矩传感器，其特征在于：所述中部轴为中空结构来放置不同直径的物体。3.根据权利要求1所述的一种基于平面螺旋线圈的非接触式扭矩传感器，其特征在于：所述输入圆盘设置4个沿圆周方向的螺纹孔；所述输入圆盘外有一圈固定法兰；固定法兰设置10个沿圆周方向的螺纹孔。4.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢晓晴，张旭，翟昊璟，朱昱桦，李宗霖，张子建，董洋洋，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：