[实用新型]可测量扭矩的扭矩平衡装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及机械制造相关领域，特别是可测量扭矩的扭矩平衡装置。

背景技术

在现代化的工业生产以及机器人技术领域，机械臂都得到了广泛的应用。尽管现在机械臂的结构、尺寸以及功能都各有不同，但机械臂在工作时，都是通过接受指令后，精确地定位到二维或三维空间上的某一位置来完成操作。

现有的机械臂通常都采用电机配合减速机的方式进行驱动控制，电机、减速机的输出功率或扭矩是根据机械臂的自重、负载重量产生的扭矩及需要的加速度来设计选型的。从成本、功耗和体积上考虑都希望能以较小的功率负载更大的负荷。在这些影响电机负荷同时又没有正面作用的就是由机械臂的自重带来的扭矩。因此，需要设计一种装置，在不降低设计机械臂负载能力的前提下降低电机、减速机功率和扭矩，从而降低机械臂、电机及减速机的功耗、体积和成本。

CN104215372B一种机械臂关节扭矩测量装置，包括弹性体、测头及位移检测器件，其中弹性体分为外环及内环，所述内环与外环之间通过弹性筋连接；所述位移检测器件安装在外环上，所述测头安装在弹性靠近内环的一端、并与所述位移检测器件相对应，可沿所述弹性体的周向、相对位移检测器件的检测方向运动。该装置弹性筋的外环相对内环的可旋转角度小，并且位移检测器件安装在弹性体内部，容易出现损坏并且损坏后难以更换。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种结构简单、安装方便的可测量扭矩的扭矩平衡装置，该装置不仅可以有效提高机械臂的工作效率，从而能够降低机械臂的制造成本，减小机械臂的体积，并且可以对机械臂的负载扭矩的波动进行监控，从而避免机械臂在工作时出现过载或者干涉碰撞。

本实用新型的技术方案是：可测量扭矩的扭矩平衡装置，包括至少一块扭矩盘以及与扭矩盘相连的接头，扭矩盘上开设有绕中心轴孔设置的呈螺旋状分布的涡卷扭簧槽，所述弹簧槽使扭矩盘形成弹簧结构，所述涡卷扭簧槽使扭矩盘形成涡卷扭簧结构；所述接头上设置有至少一个用于测量应力和/或者变形的应变计。

本实用新型具有以下优点：

1、在机械臂自重、负荷作用下，扭矩盘上的涡卷扭簧结构会随之扭曲蓄力，而减速机在机械臂悬停或运动时，涡卷扭簧结构的扭曲蓄力可以消除机械臂自重部分负荷，从而达到降低电机、减速机扭矩的目的；

2、在机械臂角度的转动过程中，涡卷扭簧随着转动而进一步扭曲，从而可以自动平衡掉机械臂自重产生的扭矩，从而保障机械臂的静扭矩全部是由于负荷产生的；

3、通过在接头在设置应变计对接头的扭转变形量进行测量，从而获得输入轴和输出轴所传递的扭矩大小，从而实现对机械臂的负载扭矩的波动进行监控，可以预判并避免机械臂在工作时出现过载或者干涉碰撞的情况；

4、本实用新型结构简单、占用空间小，可以直接加装在电机和减速机输出端面或者减速机和机械臂输出端面上，不会妨碍机械臂的动作。

进一步，所述弹簧结构为绕中心轴孔设置的蛇形对称结构，其一端内侧与中心轴孔的孔壁相连、另一端外侧与弹簧槽外壁面相连。当输入轴或者输出轴向不同方向旋转时，所述弹簧结构能够产生相应的顺时针或者逆时针的扭矩，从而能够消除不同输入轴或者输出轴不同转向所产生的扭矩。

进一步，所述扭矩盘上相邻的两条涡卷扭簧槽上还设有相对应的限位槽和限位块。当机械臂在工作时出现过载或者干涉碰撞时，中心轴孔会带动涡卷扭簧结构过度扭曲，而当涡卷扭簧结构扭曲到一定程度时，限位槽和限位块可以将涡卷扭簧结构卡死，从而避免机械臂过载或者碰撞而产生的事故。

进一步，所述扭矩盘与接头连接的另一侧开设有下凹面，所述弹簧槽或者涡卷扭簧槽开设在扭矩盘的下凹面所在区域。通过将弹簧结构或者涡卷扭簧结构设置下凹面，可以避免弹簧结构或者涡卷扭簧结构在扭转时与电机或者设备的表面发生干涉。

进一步，扭矩盘与接头通过键连接、螺接、铆接、焊接、粘接或者一体成型的方式相连。

进一步，所述扭矩盘的数量为两块，两块扭矩盘以对称的方式安装在接头的一侧或者两侧。

由于机械臂可以从垂直状态向两侧运动，因此机械臂自重以及负荷可能对减速机产生方向相反的扭矩，而同时将两块扭矩盘以对称的方式配合安装后，两块对称的扭矩盘内的涡卷扭簧结构的旋向不同，因此可以消除掉减速机受到的不同方向的扭矩。