本發(fā)明涉及一種高剛度關(guān)節(jié)力矩傳感器，屬于力矩測量領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

諧波減速器因具有重量輕、體積小、減速比大、效率高和回程差小等諸多優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用于機械手及機器人關(guān)節(jié)部分的驅(qū)動機構(gòu)中。在機械手抓握某個物體或機械臂完成某個特定動作的過程中，控制系統(tǒng)根據(jù)關(guān)節(jié)力矩傳感器的反饋信號能夠?qū)崿F(xiàn)對力矩的精確控制。

現(xiàn)有的剪切式關(guān)節(jié)力矩傳感器，因其應(yīng)變片設(shè)置在應(yīng)變梁的平行于力矩輸入盤端面的側(cè)面上而導(dǎo)致自身的剛度差?，F(xiàn)有的拉壓式關(guān)節(jié)力矩傳感器，其應(yīng)變片設(shè)置在應(yīng)變梁的不與力矩輸入盤端面平行的側(cè)面上，與現(xiàn)有的剪切式關(guān)節(jié)力矩傳感器相比，其剛度得到了一定的提高。但是當(dāng)其用于檢測關(guān)節(jié)的輸出力矩時，其應(yīng)變片的受力方向垂直于傳感器自身的旋轉(zhuǎn)方向，傳感器因受到扭轉(zhuǎn)力而產(chǎn)生形變，進而導(dǎo)致其剛度降低。

關(guān)節(jié)力矩傳感器因剛度低而導(dǎo)致其易受到諧波減速器的徑向力和軸向力的干擾，進而造成其輸出信號的質(zhì)量差，控制系統(tǒng)的控制精度低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決現(xiàn)有關(guān)節(jié)力矩傳感器因易受諧波減速器的徑向力和軸向力的干擾而導(dǎo)致其輸出信號質(zhì)量差的問題，提出了一種高剛度關(guān)節(jié)力矩傳感器。

本發(fā)明所述的高剛度關(guān)節(jié)力矩傳感器包括力矩輸入盤1、力矩輸出盤2、四個應(yīng)變梁和八個應(yīng)變片4；

所述四個應(yīng)變梁分別為第一應(yīng)變梁3-1、第二應(yīng)變梁3-2、第三應(yīng)變梁3-3和第四應(yīng)變梁3-4，所述第一應(yīng)變梁3-1、第二應(yīng)變梁3-2、第三應(yīng)變梁3-3和第四應(yīng)變梁3-4的兩端均分別與力矩輸入盤1的外緣和力矩輸出盤2的內(nèi)緣固連為一體，所述第一應(yīng)變梁3-1、第二應(yīng)變梁3-2、第三應(yīng)變梁3-3和第四應(yīng)變梁3-4沿力矩輸入盤1的圓周方向均勻分布；

在所述應(yīng)變梁上，不與力矩輸入盤1的端面平行的兩個表面為應(yīng)變梁的兩個側(cè)面；

在第一應(yīng)變梁3-1、第二應(yīng)變梁3-2、第三應(yīng)變梁3-3和第四應(yīng)變梁3-4的兩個側(cè)面上均分別固定設(shè)置有一個應(yīng)變片4，設(shè)置在第一應(yīng)變梁3-1上的兩個應(yīng)變片4和設(shè)置在第二應(yīng)變梁3-2上的兩個應(yīng)變片4用于構(gòu)成第一全橋測量電路，設(shè)置在第三應(yīng)變梁3-3上的兩個應(yīng)變片4和設(shè)置第四應(yīng)變梁3-4上的兩個應(yīng)變片4用于構(gòu)成第二全橋測量電路；

在所述傳感器用于檢測關(guān)節(jié)輸出力矩時，所述八個應(yīng)變片4的受力方向均與所述傳感器的旋轉(zhuǎn)方向相切。

本發(fā)明所述的高剛度關(guān)節(jié)力矩傳感器，其應(yīng)變片設(shè)置在應(yīng)變梁的不與力矩輸入盤端面平行的側(cè)面上，且在所述傳感器用于檢測關(guān)節(jié)輸出力矩時，應(yīng)變片的受力方向均與所述傳感器的旋轉(zhuǎn)方向相切。因此，在同等應(yīng)變條件下，本發(fā)明所述的高剛度關(guān)節(jié)力矩傳感器與現(xiàn)有的拉壓式關(guān)節(jié)力矩傳感器相比，其受到扭轉(zhuǎn)變形的影響更小，因此剛度更高。本發(fā)明所述的高剛度關(guān)節(jié)力矩傳感器因具有更高的剛度而使其抗諧波減速器的徑向力和軸向力干擾的能力更強，其輸出信號的質(zhì)量更好，進而提高了關(guān)節(jié)運動的控制精度，使機械系統(tǒng)更加安全可靠地運行。

附圖說明

在下文中將基于實施例并參考附圖來對本發(fā)明所述的高剛度關(guān)節(jié)力矩傳感器進行更詳細的描述，其中：

圖1是實施例一所述的高剛度關(guān)節(jié)力矩傳感器的正視圖；

圖2是實施例一所述的高剛度關(guān)節(jié)力矩傳感器的立體結(jié)構(gòu)示意圖。

在附圖中，相同的部件使用相同的附圖標(biāo)記。附圖并未按照實際的比例。

具體實施方式

下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明所述的高剛度關(guān)節(jié)力矩傳感器作進一步說明。

實施例一：下面結(jié)合圖1和圖2詳細地說明本實施例。

本實施例所述的高剛度關(guān)節(jié)力矩傳感器包括力矩輸入盤1、力矩輸出盤2、四個應(yīng)變梁和八個應(yīng)變片4；

所述四個應(yīng)變梁分別為第一應(yīng)變梁3-1、第二應(yīng)變梁3-2、第三應(yīng)變梁3-3和第四應(yīng)變梁3-4，所述第一應(yīng)變梁3-1、第二應(yīng)變梁3-2、第三應(yīng)變梁3-3和第四應(yīng)變梁3-4的兩端均分別與力矩輸入盤1的外緣和力矩輸出盤2的內(nèi)緣固連為一體，所述第一應(yīng)變梁3-1、第二應(yīng)變梁3-2、第三應(yīng)變梁3-3和第四應(yīng)變梁3-4沿力矩輸入盤1的圓周方向均勻分布；

在所述應(yīng)變梁上，不與力矩輸入盤1的端面平行的兩個表面為應(yīng)變梁的兩個側(cè)面；

在第一應(yīng)變梁3-1、第二應(yīng)變梁3-2、第三應(yīng)變梁3-3和第四應(yīng)變梁3-4的兩個側(cè)面上均分別固定設(shè)置有一個應(yīng)變片4，設(shè)置在第一應(yīng)變梁3-1上的兩個應(yīng)變片4和設(shè)置在第二應(yīng)變梁3-2上的兩個應(yīng)變片4用于構(gòu)成第一全橋測量電路，設(shè)置在第三應(yīng)變梁3-3上的兩個應(yīng)變片4和設(shè)置第四應(yīng)變梁3-4上的兩個應(yīng)變片4用于構(gòu)成第二全橋測量電路；

在所述傳感器用于檢測關(guān)節(jié)輸出力矩時，所述八個應(yīng)變片4的受力方向均與所述傳感器的旋轉(zhuǎn)方向相切。

在本實施例中，力矩輸入盤1與諧波減速器的柔輪的輸出端固定連接，力矩輸出盤2與關(guān)節(jié)輸出法蘭固定連接，諧波減速器將力矩傳遞到柔輪上，經(jīng)關(guān)節(jié)力矩傳感器傳至關(guān)節(jié)輸出法蘭，從而實現(xiàn)整個關(guān)節(jié)的力矩輸出。

設(shè)置在第一應(yīng)變梁3-1和第二應(yīng)變梁3-2上的四個應(yīng)變片4構(gòu)成第一全橋測量電路，通過該測量電路測得的關(guān)節(jié)輸出力矩為T₁。設(shè)置在第三應(yīng)變梁3-3和第四應(yīng)變梁3-4上的四個應(yīng)變片4構(gòu)成第二全橋測量電路，通過該測量電路測得的關(guān)節(jié)輸出力矩為T₂。由于本實施例所述的高剛度關(guān)節(jié)力矩傳感器的剛度高，抗諧波減速器的徑向力和軸向力干擾的能力強，輸出信號的質(zhì)量好，T₁和T₂均可作為關(guān)節(jié)力矩傳感器的輸出信號。在將T₁或T₂作為輸出信號時，T₂或T₁可以作為參照和備份數(shù)據(jù)。

本實施例采用全平面粘貼方法將應(yīng)變片固定設(shè)置在應(yīng)變梁的側(cè)面上，通過該方法固定的應(yīng)變片的位置更加精確。

實施例二：本實施例是對實施例一所述的高剛度關(guān)節(jié)力矩傳感器作進一步的限定。

本實施例所述的高剛度關(guān)節(jié)力矩傳感器，所述應(yīng)變片4為金屬箔式電阻應(yīng)變片。

金屬箔式電阻應(yīng)變片的橫向效應(yīng)小，散熱性能好，允許通過的電流較大，柔性好，蠕變小，疲勞壽命長。

雖然在本文中參照了特定的實施方式來描述本發(fā)明，但是應(yīng)該理解的是，這些實施例僅是本發(fā)明的原理和應(yīng)用的示例。因此應(yīng)該理解的是，可以對示例性的實施例進行許多修改，并且可以設(shè)計出其他的布置，只要不偏離所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍。應(yīng)該理解的是，可以通過不同于原始權(quán)利要求所描述的方式來結(jié)合不同的從屬權(quán)利要求和本文中所述的特征。還可以理解的是，結(jié)合單獨實施例所描述的特征可以使用在其他所述實施例中。