[发明专利]提供转矩和弯矩过载保护的关节力矩传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种关节力矩传感器。

背景技术

谐波减速器具有重量轻、体积小、减速比大、效率高、回程差小的特点，它在机械手及机器人关节部位的驱动机构中得到了广泛的应用。机械手在抓握某个物体或者机器人臂完成某个特定动作时，利用关节力矩传感器反馈信号以实现精确的力矩控制。但现有关节力矩传感器易受谐波和过载力矩的影响，在力矩传感器检测关节输出力矩时，带有谐波的关节力矩会对输出信号产生干扰，降低系统的控制精度，过载力矩也会导致检测结果的精度降低甚至造成传感器损坏。公开号为CN1815156的专利公开了一种能够消除谐波影响并提供过载保护的关节力矩传感器，但这种力矩传感器只能对垂直于盘面的力矩实现过载保护，而关节在实际工作过程中，负载转矩可能来自各个方向，力矩传感器还是容易造成损坏。

发明内容

本发明为解决现有关节力矩传感器只能对垂直于盘面的力矩实现过载保护的问题，提供一种提供转矩和弯矩过载保护的关节力矩传感器。本发明包含输入连接法兰盘1、输出连接法兰盘2、四个传感器应变梁3、八个应变片4、四个过载保护梁5和四个保护销6，四个传感器应变梁3的两端分别与输入连接法兰盘1的外缘和输出连接法兰盘2的内缘固定连接并沿输入连接法兰盘1的圆周均匀分布，每个传感器应变梁3上都设置有两个应变片4，同一直径方向上的两个传感器应变梁3上的四个应变片4构成一个全桥，四个过载保护梁5分别设置在两个相邻的传感器应变梁3之间并与输入连接法兰盘1的外缘固定连接，在每个过载保护梁5上分别开有盲孔10，在输出连接法兰盘2的内缘沿径向分别开有四个与盲孔10同轴的通孔9，每个保护销6的一端分别从对应的通孔9中穿过并设置在对应的盲孔10中，每个保护销6的另一端都与对应的通孔9间隙配合。

本发明的传感器在各种工况下，保护销与通孔之间的圆环状间隙的变化量也不相同，不仅能够提供关节的转矩过载保护，还能够实现关节的弯矩过载保护，使系统运行更加安全可靠。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图，图2是图1的A向示意图，图3是图2的B-B剖视图，图4是图3的C处放大图。

具体实施方式

具体实施方式一：参见图1～图3，本实施方式由输入连接法兰盘1、输出连接法兰盘2、四个传感器应变梁3、八个应变片4、四个过载保护梁5和四个保护销6组成，四个传感器应变梁3的两端分别与输入连接法兰盘1的外缘和输出连接法兰盘2的内缘固定连接并沿输入连接法兰盘1的圆周均匀分布，每个传感器应变梁3上都设置有两个应变片4，同一直径方向上的两个传感器应变梁3上的四个应变片4构成一个全桥，四个过载保护梁5分别设置在两个相邻的传感器应变梁3之间并与输入连接法兰盘1的外缘固定连接，在每个过载保护梁5上分别开有盲孔10，在输出连接法兰盘2的内缘沿径向分别开有四个与盲孔10同轴的通孔9，每个保护销6的一端分别从对应的通孔9中穿过并设置在对应的盲孔10中，每个保护销6的另一端都与对应的通孔9间隙配合。所述保护销6的一端可与盲孔10过盈配合或粘接在盲孔10中。通孔9的内径D的确定规则为：将保护销6与盲孔10装配好，当受到额定扭矩T作用时，保护销6产生相对于对应通孔9沿圆周方向的位移S，通过有限元分析软件计算得到所有不同的位移S的平均值S_o，则保护销6的外径D_o与位移的平均值S_o的2倍的和为通孔9的内径D，即D＝D_o+2×S_o；保护销6设置在盲孔10中，以防止在输出连接法兰盘2在转动范围内转动时，保护销6由于离心力作用被甩出，关节空载的情况下，保护销6的外圆柱面与通孔9的内壁之间形成圆环状间隙，对于不同的工况，间隙的变化量也不同，使力矩传感器既有工作余量，又可以避免由于过载而造成损坏。

具体实施方式二：参见图1、图2，本实施方式与具体实施方式一的不同点在于设置在四个传感器应变梁3上的八个应变片4位于同一平面上。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。所述的八个应变片4采用全平面粘贴方法，能够使应变片4的位置更精确。

具体实施方式三：参见图1、图2，本实施方式在具体实施方式一的基础上增加了密封环7，密封环7设置在输出连接法兰盘2上。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。力矩传感器用于关节输出侧，向下一个关节传递扭矩，力矩传感器上的密封环7可以与关节其它零部件(例如关节外壳)配合形成接触式密封(如毛毡密封)或非接触式密封(如迷宫密封)，以便对关节内部形成保护。

具体实施方式四：参见图1～图3，本实施方式在具体实施方式一的基础上增加了机械限位机构8，机械限位机构8设置在输出连接法兰盘2的外缘上。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。力矩传感器上的机械限位结构8可以与关节其它零部件(例如关节外壳)上对应的结构配合形成机械限位，以便对关节的运动范围进行限制。