一種高剛度關節力矩傳感器的製作方法
2023-09-21 22:49:55 2
本發明涉及一種高剛度關節力矩傳感器，屬於力矩測量領域。
背景技術：
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點而被廣泛應用於機械手及機器人關節部分的驅動機構中。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，控制系統根據關節力矩傳感器的反饋信號能夠實現對力矩的精確控制。
現有的剪切式關節力矩傳感器，因其應變片設置在應變梁的平行於力矩輸入盤端面的側面上而導致自身的剛度差。現有的拉壓式關節力矩傳感器，其應變片設置在應變梁的不與力矩輸入盤端面平行的側面上，與現有的剪切式關節力矩傳感器相比，其剛度得到了一定的提高。但是當其用於檢測關節的輸出力矩時，其應變片的受力方向垂直於傳感器自身的旋轉方向，傳感器因受到扭轉力而產生形變，進而導致其剛度降低。
關節力矩傳感器因剛度低而導致其易受到諧波減速器的徑向力和軸向力的幹擾，進而造成其輸出信號的質量差，控制系統的控制精度低。
技術實現要素：
本發明為解決現有關節力矩傳感器因易受諧波減速器的徑向力和軸向力的幹擾而導致其輸出信號質量差的問題，提出了一種高剛度關節力矩傳感器。
本發明所述的高剛度關節力矩傳感器包括力矩輸入盤1、力矩輸出盤2、四個應變梁和八個應變片4；
所述四個應變梁分別為第一應變梁3-1、第二應變梁3-2、第三應變梁3-3和第四應變梁3-4，所述第一應變梁3-1、第二應變梁3-2、第三應變梁3-3和第四應變梁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的內緣固連為一體，所述第一應變梁3-1、第二應變梁3-2、第三應變梁3-3和第四應變梁3-4沿力矩輸入盤1的圓周方向均勻分布；
在所述應變梁上，不與力矩輸入盤1的端面平行的兩個表面為應變梁的兩個側面；
在第一應變梁3-1、第二應變梁3-2、第三應變梁3-3和第四應變梁3-4的兩個側面上均分別固定設置有一個應變片4，設置在第一應變梁3-1上的兩個應變片4和設置在第二應變梁3-2上的兩個應變片4用於構成第一全橋測量電路，設置在第三應變梁3-3上的兩個應變片4和設置第四應變梁3-4上的兩個應變片4用於構成第二全橋測量電路；
在所述傳感器用於檢測關節輸出力矩時，所述八個應變片4的受力方向均與所述傳感器的旋轉方向相切。
本發明所述的高剛度關節力矩傳感器，其應變片設置在應變梁的不與力矩輸入盤端面平行的側面上，且在所述傳感器用於檢測關節輸出力矩時，應變片的受力方向均與所述傳感器的旋轉方向相切。因此，在同等應變條件下，本發明所述的高剛度關節力矩傳感器與現有的拉壓式關節力矩傳感器相比，其受到扭轉變形的影響更小，因此剛度更高。本發明所述的高剛度關節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幹擾的能力更強，其輸出信號的質量更好，進而提高了關節運動的控制精度，使機械系統更加安全可靠地運行。
附圖說明
在下文中將基於實施例並參考附圖來對本發明所述的高剛度關節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節力矩傳感器的正視圖；
圖2是實施例一所述的高剛度關節力矩傳感器的立體結構示意圖。
在附圖中，相同的部件使用相同的附圖標記。附圖並未按照實際的比例。
具體實施方式
下面將結合附圖對本發明所述的高剛度關節力矩傳感器作進一步說明。
實施例一：下面結合圖1和圖2詳細地說明本實施例。
本實施例所述的高剛度關節力矩傳感器包括力矩輸入盤1、力矩輸出盤2、四個應變梁和八個應變片4；
所述四個應變梁分別為第一應變梁3-1、第二應變梁3-2、第三應變梁3-3和第四應變梁3-4，所述第一應變梁3-1、第二應變梁3-2、第三應變梁3-3和第四應變梁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的內緣固連為一體，所述第一應變梁3-1、第二應變梁3-2、第三應變梁3-3和第四應變梁3-4沿力矩輸入盤1的圓周方向均勻分布；
在所述應變梁上，不與力矩輸入盤1的端面平行的兩個表面為應變梁的兩個側面；
在第一應變梁3-1、第二應變梁3-2、第三應變梁3-3和第四應變梁3-4的兩個側面上均分別固定設置有一個應變片4，設置在第一應變梁3-1上的兩個應變片4和設置在第二應變梁3-2上的兩個應變片4用於構成第一全橋測量電路，設置在第三應變梁3-3上的兩個應變片4和設置第四應變梁3-4上的兩個應變片4用於構成第二全橋測量電路；
在所述傳感器用於檢測關節輸出力矩時，所述八個應變片4的受力方向均與所述傳感器的旋轉方向相切。
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與關節輸出法蘭固定連接，諧波減速器將力矩傳遞到柔輪上，經關節力矩傳感器傳至關節輸出法蘭，從而實現整個關節的力矩輸出。
設置在第一應變梁3-1和第二應變梁3-2上的四個應變片4構成第一全橋測量電路，通過該測量電路測得的關節輸出力矩為T1。設置在第三應變梁3-3和第四應變梁3-4上的四個應變片4構成第二全橋測量電路，通過該測量電路測得的關節輸出力矩為T2。由於本實施例所述的高剛度關節力矩傳感器的剛度高，抗諧波減速器的徑向力和軸向力幹擾的能力強，輸出信號的質量好，T1和T2均可作為關節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據。
本實施例採用全平面粘貼方法將應變片固定設置在應變梁的側面上，通過該方法固定的應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節力矩傳感器作進一步的限定。
本實施例所述的高剛度關節力矩傳感器，所述應變片4為金屬箔式電阻應變片。
金屬箔式電阻應變片的橫向效應小，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明，但是應該理解的是，這些實施例僅是本發明的原理和應用的示例。因此應該理解的是，可以對示例性的實施例進行許多修改，並且可以設計出其他的布置，只要不偏離所附權利要求所限定的本發明的精神和範圍。應該理解的是，可以通過不同於原始權利要求所描述的方式來結合不同的從屬權利要求和本文中所述的特徵。還可以理解的是，結合單獨實施例所描述的特徵可以使用在其他所述實施例中。