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>> 华泰证券-工业行业专题研究-人形机器人再探讨:扭矩传感器-231119
上传日期:   2023/11/19 大小:   529KB
格式:   pdf  共5页 来源:   华泰证券
评级:   增持 作者:   倪正洋
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力控助力人形机器人安全协作,常见的扭矩传感器可分为四大类型
  人形机器人为了保证协作安全性和实时精准运控需使用扭矩传感器。目前常用的扭矩传感器包括应变式、磁电式、磁弹性式和光电式。应变式扭矩传感器精度高,成本低廉,应用最广泛;磁电式扭矩传感器能实现高转速扭矩测量,但体积较大,响应速度较慢;磁弹性式扭矩传感器灵敏度较高,耐用性好,但测量准确度较差;光电式传感器响应速度快,但结构复杂,静态标定困难。人形机器人用扭矩传感器需要具备精度高,响应速度快,耐用性好等特点。我们认为,不同种类的扭矩传感器各有优劣,人形机器人不同的应用场景,对应不同的扭矩传感器选型。
  电阻应变式:精度高/成本低廉,应用最为广泛
  传统应变片由基底、金属丝和覆盖层组成。电阻应变式扭矩传感器通过检测金属丝长度和横截面变化引起的阻值变化,实现扭矩测量。电阻应变式扭矩传感器可分为接触式和非接触式,前者通过滑环和电刷的摩擦接触传输信号,适合低转速扭矩测量,滑环易磨损,使用寿命较短;后者通过无线电遥感技术传输信号,可在较高转速下测量扭矩,无接触无磨损,使用寿命较长。该类扭矩传感器的优点是精度高,成本低廉,易于安装,目前应用广泛;缺点是时漂、温漂较大(目前多采用基于补偿片与应变片具有相同温度变化规律的电桥补偿法做温度补偿),不适合长期高精度检测。
  磁电式:适合高转速扭矩测量,但体积大/响应速度较慢
  磁电式扭矩传感器基于电磁感应原理,通过检测两组线圈电动势间的相位差来测量扭矩。其基本结构是在弹性轴的两端安装两个相同的齿轮,同时各自对应由铁芯和线圈组成的信号接收系统,当轴转动时,两个齿轮产生的扭转相位差转换为电动势的相位差,从而实现扭矩测量。该类传感器的优点是适合动态扭矩测量,有较大的输出功率,无需额外电源,零位及性能稳定;缺点是体积较大,响应速度较慢,在低转速下的测量精度较差。目前磁电式扭矩传感器多应用于产生较大转角的设备,如电动机、水泵、齿轮箱等。
  磁弹性式:灵敏度高/易小型化,但测量准确度较差
  逆磁致伸缩效应是指铁磁材料在外力作用下,内部磁畴方向改变引起磁导率的变化。磁弹性式扭矩传感器通过检测感应电动势来测量扭矩,在磁场中对铁磁材质转轴施加扭矩,磁导率的变化使得通过特定方位线圈的磁通量变化,生成的感应电动势与扭矩相关。该类传感器的优点是灵敏度较高、安装维修简单、抗干扰能力强、耐用性好,容易向小型化发展,可以同时测量静态扭矩和动态扭矩;缺点是测量准确度较差。目前磁弹性式扭矩传感器广泛应用于大型设备、数控领域和精密设备中,发展前景广泛。
  光电式:响应速度快/能实时监测扭矩,但结构复杂/静态标定困难
  光电式扭矩传感器通过检测光通量变化引起的电流变化来测量扭矩。其主要元件包括光源、光栅和光电感应元件,当轴转动时,两个光栅间形成扭转角,通过光栅的光通量发生变化,使得光电元件产生的电流变化,从而实现扭矩测量。该类传感器的优点是可以测量动态扭矩,同时由于响应速度快,能实现扭矩的实时监测;缺点是结构复杂,静态标定困难,精度受温度、灰尘等影响较大,不适合静态扭矩测量。
  风险提示:机器人产业化不及预期、机器人力控技术路线变化、扭矩传感器技术路线变化。
 
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