一种扭矩的信号采集电路及其机器人制造技术

本申请实施例属于传感器技术领域，涉及一种扭矩的信号采集电路，包括：全桥应变电路

【技术实现步骤摘要】
一种扭矩的信号采集电路及其机器人


[0001]本申请涉及机器人
，特别是涉及一种扭矩的信号采集电路及其机器人
。

技术介绍

[0002]关节力传感器是柔性机器人的硬件基础和核心之一，目前主流的力传感器的感应器件大多采用应变片或霍尔传感器，其原理均为当力传感器受到外部扭矩作用时，机械结构会发生微弱变化，进而引起感应器件阻值或电压的微弱变化
。
因此对该微弱信号的精确采集一直是影响力传感器性能的难点和痛点
。
主要原因有如下几点：
[0003]1、
因感应器件的电压变化为
uV
级别，不可避免的在信号采样放大过程中会引起系统的白噪声，从而导致采样精度降低
。
[0004]2、
为解决噪声问题，通常现有技术大多简单的加入无源低通滤波器，该方案可能导致采样数据幅值的降低和信号相位的滞后，从而影响数据采样的准确性和系统的控制的稳定性
。

技术实现思路

[0005]基于此，本申请实施例提供一种扭矩的信号采集电路及其机器人，以提高对采集的微弱信号的测量精度，保证了电路性能的可靠性
。
[0006]第一方面，本申请实施例提供一种扭矩的信号采集电路，具体包括一下技术方案：
[0007]本申请实施例提供一种扭矩的信号采集电路，用于对机器人的关节扭矩进行信号采集，包括：全桥应变电路
、
放大电路
、
线性跟踪微分滤波器和模数转换器；
[0008]所述全桥应变电路的输出端与所述放大电路的输入端连接；
[0009]所述放大电路的输出端与所述滤波器的输入端连接；
[0010]所述线性跟踪微分滤波器的输出端与所述模数转换器的输入端连接
。
[0011]进一步的，所述线性跟踪微分滤波器的滤波函数为：
[0012]x1(k+1)
＝
x1(k)+hx2(k)
[0013]x2(k+1)
＝
x2(k)+h(r2v
‑
2rx2(k
，
)
‑
r2x1(k))
[0014]其中，
h
为数据处理周期，
v
为输入的电压信号，
x1
为滤波后的电压信号，
x2
为滤波后的电压信号的导数；
r
为滤波器的固有频率
。
[0015]进一步的，所述线性跟踪微分滤波器包括：线性微分模块和双极点滤波模块；
[0016]所述线性微分模块的输入端与所述放大电路的输出端连接；所述线性微分模块的输出端与所述双极点滤波模块的输入端连接；
[0017]所述双极点滤波模块的输出端与所述模数转换电路的输入端连接；
[0018]所述线性微分模块基于所述滤波函数
x1(k+1)
＝
x1(k)+hx2(k)
对经所述放大电路放大后的电压信号进行微分求导；所述双极点滤波模块基于所述滤波函数
x2(k+1)
＝
x2(k)+h(r2v
‑
2rx2(k)
‑
r2x1(k))
对电压信号中的噪声信号进行剔除，并重新拟合出更接近于真实的电压信号
。
[0019]进一步的，所述线性微分模块包括：第一运算放大器
、
第一电阻
、
第二电阻和第一电容；
[0020]所述第一运算放大器的正极输入引脚通过所述第一电阻接地；
[0021]所述第一运算放大器的负极输入引脚通过所述第一电容与所述放大电路的输出端连接；
[0022]所述第二电阻跨接在所述第一运算放大器的负极输入引脚和输出引脚之间
。
[0023]进一步的，所述双极点滤波模块包括：第二运算放大器
、
第三电阻
、
第四电阻
、
第二电容和第三电容；
[0024]所述第二运算放大器的正极输入引脚通过所述第三电阻和所述第四电阻与所述第一运算放大器的输出端连接；所述第二运算放大器的正极输入引脚还通过所述第二电容接地；
[0025]所述第二运算放大器的负极输入引脚与所述第二运算放大器的输出引脚连接；
[0026]所述第三电容跨接在所述第四电阻的输入引脚和所述第二运算放大器的输出引脚之间
。
[0027]进一步的，和电源转换模块；所述电源转换模块包括：第一稳压单元；
[0028]所述第一稳压单元的输出端与所述放大电路的电压输入端连接，用于为所述放大电路提供第一稳压
。
[0029]进一步的，所述第一稳压单元包括：高精度稳压芯片
。
[0030]进一步的，所述全桥应变电路包括四个桥臂；每个桥臂接入一个应变片；或
[0031]所述全桥应变电路包括四个桥臂；每个桥臂接入两个应变片；每个桥臂与相邻的两个桥臂的应变片的电阻阻值等大反向，与相对的桥臂的的应变片的电阻阻值等大同向
。
[0032]第二方面，本申请实施例提供一种传感装置，所述传感装置包括应变片和上面任一项所述的扭矩的信号采集电路
。
[0033]第三方面，本申请实施例提供一种机器人，所述机器人包括上面所述的传感装置
。
[0034]与现有技术相比，本申请实施例主要有以下有益效果：
[0035]本申请实施例通过采用全桥应变电路，读取应变电阻变化对应的微弱电压电信号；将该微弱的电压信号经过放大电路进行放大；再通过线性跟踪微分滤波器对放大后的电压信号求导，然后对噪声信号进行剔除，可以重新拟合出更接近于真实的电压信号，使得电压信号在保证不发生超调的前提下，最大限度的滤除高频噪声；再经过
ADC
模块将该电压模拟信号转换为数字信号，以提高对采集的微弱信号的测量精度，保证了电路性能的可靠性
。
附图说明
[0036]为了更清楚地说明本申请或现有技术中的方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一个简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图
。
[0037]图1是本申请提供的扭矩信号采集电路的一个实施例的框架结构示意图；
[0038]图2是本申请提供的扭矩信号采集电路的另一个实施例的框架结构示意图；
[0039]图3是本申请提供的线性跟踪微分滤波器的一个实施例的电路图；
[0040]图4是本申请提供的第一稳压单元和放大器的一个实施例的电路图；
[0041]图
5A
是本申请提供的四个应变片布置的一个实施例的结构示意图；
[0042]图
5B
是本申请图
5A
应变片布置对应的全桥应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种扭矩的信号采集电路，用于对机器人的关节扭矩进行信号采集，其特征在于，包括：全桥应变电路
、
放大电路
、
线性跟踪微分滤波器和模数转换器；所述全桥应变电路的输出端与所述放大电路的输入端连接；所述放大电路的输出端与所述滤波器的输入端连接；所述线性跟踪微分滤波器的输出端与所述模数转换器的输入端连接
。2.
根据权利要求1所述的扭矩的信号采集电路，其特征在于，所述线性跟踪微分滤波器的滤波函数为：
x1(k+1)
＝
x1(k)+hx2(k)x2(k+1)
＝
x2(k)+h(r2v
‑
2rx2(k)
‑
r2x1(k))
其中，
h
为数据处理周期，
v
为输入的电压信号，
x1
为滤波后的电压信号，
x2
为滤波后的电压信号的导数；
r
为滤波器的固有频率
。3.
根据权利要求2所述的扭矩的信号采集电路，其特征在于，所述线性跟踪微分滤波器包括：线性微分模块和双极点滤波模块；所述线性微分模块的输入端与所述放大电路的输出端连接；所述线性微分模块的输出端与所述双极点滤波模块的输入端连接；所述双极点滤波模块的输出端与所述模数转换电路的输入端连接；所述线性微分模块基于所述滤波函数
x1(k+1)
＝
x1(k)+hx2(k)
对经所述放大电路放大后的电压信号进行微分求导；所述双极点滤波模块基于所述滤波函数
x2(k+1)
＝
x2(k)+h(r2v
‑
2rx2(k)
‑
r2x1(k))
对电压信号中的噪声信号进行剔除，并重新拟合出更接近于真实的电压信号
。4.
根据权利要求3所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海滨，汤成，许晋诚，
申请(专利权)人：帕西尼感知科技张家港有限公司，
类型：发明
国别省市：