模块化柔顺关节力矩传感器的设计与分析

贺炳硕，朱姿娜，李开元

(上海工程技术大学 机械工程学院，上海 201620)

0 引言

随着机器人的智能化发展，传感器多样化成为其先进性的一个重要特征,而工作环境的改变，对机械臂力/力矩控制方面的要求越来越高。机械臂通过力矩传感器实时反馈力矩信息，可以实现对柔顺关节的力矩控制[1]。

此前，学者们已对力矩传感器进行了大量的实验与研讨：1982年Nagano[2]等人成功研制了一种磁头转矩传感器，使用逆磁致伸缩效应原理实现力矩信息的采集；Hammond[3]等人设计了一种可批量化生产的小型非接触式压电传感器；美国航空航天局设计了一种新型光电式运用信号与转矩呈良好的线性关系来完成力矩测量的力矩传感器[4]；哈工大机器人实验室研制了一种可用于机器人的关节力矩传感器[5]，经过对传感器的结构优化，极大地减轻了整体重量；北京航空航天大学设计了一种多轴力矩传感器[6]，通过将多个一维力传感器模块组装而满足所需的测量要求，其特点是灵活性好。但目前关于模块化柔顺关节力矩传感器的研究还不多，因此本文基于柔顺关节对于力矩信息感知的需求，设计了一种新型的由两种不同结构应变梁组成的力矩传感器。

1 柔顺关节力矩传感器的设计

1.1 设计要求

根据模块化柔顺关节的性能需求和谐波减速器额定传动力矩的要求，确定传感器的几点基本设计要求：

(1) 高灵敏度：传感器输出量与力矩输入量的变化量之比的灵敏度高。……