>> 華泰證券-工業(yè)行業(yè)專題研究-人形機(jī)器人再探討：扭矩傳感器-231119
| 上傳日期： |
2023/11/19 |
大小： |
529KB |
| 格式： |
pdf 共5頁 |
來源： |
華泰證券 |
| 評(píng)級(jí)： |
增持 |
作者： |
倪正洋 |
| 下載權(quán)限： |
此報(bào)告為加密報(bào)告 |
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力控助力人形機(jī)器人安全協(xié)作，常見的扭矩傳感器可分為四大類型
人形機(jī)器人為了保證協(xié)作安全性和實(shí)時(shí)精準(zhǔn)運(yùn)控需使用扭矩傳感器。目前常用的扭矩傳感器包括應(yīng)變式、磁電式、磁彈性式和光電式。應(yīng)變式扭矩傳感器精度高，成本低廉，應(yīng)用最廣泛；磁電式扭矩傳感器能實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)速扭矩測(cè)量，但體積較大，響應(yīng)速度較慢；磁彈性式扭矩傳感器靈敏度較高，耐用性好，但測(cè)量準(zhǔn)確度較差；光電式傳感器響應(yīng)速度快，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，靜態(tài)標(biāo)定困難。人形機(jī)器人用扭矩傳感器需要具備精度高，響應(yīng)速度快，耐用性好等特點(diǎn)。我們認(rèn)為，不同種類的扭矩傳感器各有優(yōu)劣，人形機(jī)器人不同的應(yīng)用場(chǎng)景，對(duì)應(yīng)不同的扭矩傳感器選型。
電阻應(yīng)變式：精度高/成本低廉，應(yīng)用最為廣泛
傳統(tǒng)應(yīng)變片由基底、金屬絲和覆蓋層組成。電阻應(yīng)變式扭矩傳感器通過檢測(cè)金屬絲長(zhǎng)度和橫截面變化引起的阻值變化，實(shí)現(xiàn)扭矩測(cè)量。電阻應(yīng)變式扭矩傳感器可分為接觸式和非接觸式，前者通過滑環(huán)和電刷的摩擦接觸傳輸信號(hào)，適合低轉(zhuǎn)速扭矩測(cè)量，滑環(huán)易磨損，使用壽命較短；后者通過無線電遙感技術(shù)傳輸信號(hào)，可在較高轉(zhuǎn)速下測(cè)量扭矩，無接觸無磨損，使用壽命較長(zhǎng)。該類扭矩傳感器的優(yōu)點(diǎn)是精度高，成本低廉，易于安裝，目前應(yīng)用廣泛；缺點(diǎn)是時(shí)漂、溫漂較大（目前多采用基于補(bǔ)償片與應(yīng)變片具有相同溫度變化規(guī)律的電橋補(bǔ)償法做溫度補(bǔ)償），不適合長(zhǎng)期高精度檢測(cè)。
磁電式：適合高轉(zhuǎn)速扭矩測(cè)量，但體積大/響應(yīng)速度較慢
磁電式扭矩傳感器基于電磁感應(yīng)原理，通過檢測(cè)兩組線圈電動(dòng)勢(shì)間的相位差來測(cè)量扭矩。其基本結(jié)構(gòu)是在彈性軸的兩端安裝兩個(gè)相同的齒輪，同時(shí)各自對(duì)應(yīng)由鐵芯和線圈組成的信號(hào)接收系統(tǒng)，當(dāng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，兩個(gè)齒輪產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)相位差轉(zhuǎn)換為電動(dòng)勢(shì)的相位差，從而實(shí)現(xiàn)扭矩測(cè)量。該類傳感器的優(yōu)點(diǎn)是適合動(dòng)態(tài)扭矩測(cè)量，有較大的輸出功率，無需額外電源，零位及性能穩(wěn)定；缺點(diǎn)是體積較大，響應(yīng)速度較慢，在低轉(zhuǎn)速下的測(cè)量精度較差。目前磁電式扭矩傳感器多應(yīng)用于產(chǎn)生較大轉(zhuǎn)角的設(shè)備，如電動(dòng)機(jī)、水泵、齒輪箱等。
磁彈性式：靈敏度高/易小型化，但測(cè)量準(zhǔn)確度較差
逆磁致伸縮效應(yīng)是指鐵磁材料在外力作用下，內(nèi)部磁疇方向改變引起磁導(dǎo)率的變化。磁彈性式扭矩傳感器通過檢測(cè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)來測(cè)量扭矩，在磁場(chǎng)中對(duì)鐵磁材質(zhì)轉(zhuǎn)軸施加扭矩，磁導(dǎo)率的變化使得通過特定方位線圈的磁通量變化，生成的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與扭矩相關(guān)。該類傳感器的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度較高、安裝維修簡(jiǎn)單、抗干擾能力強(qiáng)、耐用性好，容易向小型化發(fā)展，可以同時(shí)測(cè)量靜態(tài)扭矩和動(dòng)態(tài)扭矩；缺點(diǎn)是測(cè)量準(zhǔn)確度較差。目前磁彈性式扭矩傳感器廣泛應(yīng)用于大型設(shè)備、數(shù)控領(lǐng)域和精密設(shè)備中，發(fā)展前景廣泛。
光電式：響應(yīng)速度快/能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)扭矩，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜/靜態(tài)標(biāo)定困難
光電式扭矩傳感器通過檢測(cè)光通量變化引起的電流變化來測(cè)量扭矩。其主要元件包括光源、光柵和光電感應(yīng)元件，當(dāng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，兩個(gè)光柵間形成扭轉(zhuǎn)角，通過光柵的光通量發(fā)生變化，使得光電元件產(chǎn)生的電流變化，從而實(shí)現(xiàn)扭矩測(cè)量。該類傳感器的優(yōu)點(diǎn)是可以測(cè)量動(dòng)態(tài)扭矩，同時(shí)由于響應(yīng)速度快，能實(shí)現(xiàn)扭矩的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，靜態(tài)標(biāo)定困難，精度受溫度、灰塵等影響較大，不適合靜態(tài)扭矩測(cè)量。
風(fēng)險(xiǎn)提示：機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化不及預(yù)期、機(jī)器人力控技術(shù)路線變化、扭矩傳感器技術(shù)路線變化。
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