CN105716785A - 一种嵌入式力矩传感器的标定测试台 - Google Patents

Abstract

本发明属于机器人等智能设备嵌入式力矩传感器的标定领域，具体地说是一种嵌入式力矩传感器的标定测试台，固定装置包括测试台底座及分别安装在测试台底座上的支撑座、电机及其固定座，传动机构包括内、外圈轴及第一～三连接轴，测量标定系统包括测量盘、标定力矩传感器及嵌入式力矩传感器；外圈轴的一端与嵌入式力矩传感器的外法兰相连，另一端通过第二连接轴与标定力矩传感器的一端相连，标定力矩传感器的另一端通过第一连接轴与测量盘相连；内圈轴的一端与嵌入式力矩传感器的内法兰相连，另一端通过第三连接轴与电机及其固定座中相连；第一～三连接轴分别通过轴承转动安装在支撑座上。本发明具有集成化程度高、可靠性高、易于操作等优点。

Description

一种嵌入式力矩传感器的标定测试台

技术领域

本发明属于机器人等智能设备嵌入式力矩传感器的标定领域，具体地说是一种嵌入式力矩传感器的标定测试台。

背景技术

随着智能技术的不断发展，机器人等智能设备的安全性越来越受到重视。在保证不影响智能设备正常工作的前提下，满足嵌入式要求的力矩传感器的力矩测量就变得尤为重要。相对于商业力矩传感器的一体化集成结构，嵌入式力矩传感器具有结构紧凑、整体轻巧、便于集成等优点。另一方面，由于商业力矩传感器的价格普遍性较高，结构尺寸较大，并不能很好地满足对于尺寸小型、集成化程度高以及嵌入式的使用要求，因此，嵌入式力矩传感器的设计及应用逐渐地成为现如今的热点研究方向。而对于嵌入式力矩传感器的标定测量系统，目前并没有形成统一的形式，所设计的标定测试台也多种多样。然而现如今所设计的嵌入式力矩传感器标定测试台，多以只符合一种类型的力矩传感器进行标定与测试，并不能很好地适用于其他类型，这对于嵌入式力矩传感器的标定造成了很大的不便。再有，所设计的嵌入式力矩传感器标定测试台也多以静态标定的形式，并不能实时地反应出力矩传感器在工作中的情况。因此寻求一种具有面向范围大，结构小型，集成化程度高，可进行动态标定的嵌入式力矩传感器的标定测试台就显得尤为重要。

发明内容

为了解决现有标定测量系统体积大、集成度低、适用范围小及不能进行动态标定等问题，本发明的目的在于提供一种嵌入式力矩传感器的标定测试台。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明包括固定装置、传动机构及测量标定系统，其中固定装置包括测试台底座及分别安装在该测试台底座上的支撑座、电机及其固定座，所述传动机构外圈轴、内圈轴及第一～三连接轴，所述测量标定系统包括测量盘、标定力矩传感器及嵌入式力矩传感器；所述外圈轴的一端与嵌入式力矩传感器的外法兰相连，另一端通过第二连接轴与所述标定力矩传感器的一端相连，该标定力矩传感器的另一端通过第一连接轴与所述测量盘相连；所述内圈轴的一端与嵌入式力矩传感器的内法兰相连，另一端通过第三连接轴与电机及其固定座中的电机相连；所述第一～三连接轴分别通过轴承转动安装在支撑座上；所述电机产生的力矩依次通过第三连接轴、嵌入式力矩传感器、第二连接轴、标定力矩传感器、第一连接轴传递至所述测量盘，驱动该测量盘旋转；所述测量盘上缠绕绳，该绳的一端连接于固定物上，另一端连接有加载物。

其中：所述测试台底座上分别安装有第一～三支撑座，所述第一～三连接轴分别通过轴承转动安装在第一～三支撑座上，所述第三连接轴与所述电机之间加设有第四连接轴；所述第三连接轴与第四连接轴通过法兰连接；所述测试台底座上沿轴向设有两条相平行的T型导轨，两条所述T型导轨之间形成内槽；所述第一～三支撑座和电机及其固定座的两侧分别通过方形螺栓与T型导轨相连接，并沿所述T型导轨往复移动；所述第一～三支撑座和电机及其固定座的底部分别设有与所述内槽配合的键，通过所述键与内槽的配合实现所述第一～三支撑座和电机及其固定座的径向限位；

所述轴承为双列滚动轴承，该双列滚动轴承通过轴承挡圈将滚动轴承隔开，所述双列滚动轴承的一侧通过套设在各连接轴上的弹性挡圈轴向限位，另一侧通过安装在支撑座上的轴承压盖轴向固定；所述外圈轴通过滑动键与第二连接轴连接，所述第二连接轴靠近嵌入式力矩传感器的一端上设有限制外圈轴轴向移动范围的弹性挡圈；所述内圈轴与嵌入式力矩传感器的内圈之间设有定位块，所述内圈轴与嵌入式力矩传感器通过该定位块保证同轴度。

本发明的优点与积极效果为：

1.本发明采用摩擦的原理作为负载测矩的方法，相对于传统力矩标定系统具有方便操作，结构简单，占地小等优点。

2.本发明所设计的结构并不限定嵌入式力矩传感器的转动，通过采用的摩擦测矩原理，可以很好地满足嵌入式力矩传感器动态标定的需求。

3.本发明所设计的各个零部件均可简易拆卸与更换，因此力矩传感器的标定具较高的自由性。

4.本发明嵌入式力矩传感器通过内圈轴固定其内法兰，外圈轴固定其外法兰，从而保证了其准确标定的先决条件

5.本发明电机可通过第四连接轴与第三连接轴连接，第三、四连接轴之间通过法兰连接，第三连接轴的一端只需设计成法兰，另一端的形状可根据需求设定，使装配更加灵活。

6.本发明的测试台底座采用T型导轨的移动形式，可满足对安装位置尺寸多样性的需求。

7.本发明通过滑动键使外圈轴与第二连接轴连接，对于不同尺寸的嵌入式力矩传感器具有适用性，因此可满足嵌入式力矩传感器多样性的使用要求。

8.本发明便于对嵌入式力矩传感器的安装，且具有体积小，集成度高等优点。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的整体结构剖视图；

图3为本发明底座的结构示意图；

图4为本发明支撑座的结构主视图；

图5为本发明外圈轴的结构主视图；

图6为本发明内圈轴的结构示意图；

图7为本发明嵌入式传感器安装位置处的剖视图；

其中：11为测试台底座，121为第一支撑座，122为第二支撑座，123为第三支撑座，13为电机及其固定座，211为第一连接轴，212为第二连接轴，213为第三连接轴，214为第四连接轴，22为外圈轴，23为内圈轴，31为测量盘，32为标定力矩传感器，33为嵌入式力矩传感器，411为第一轴承压盖，412为第二轴承压盖，413为第三轴承压盖，421为第一轴承挡圈，422为第二轴承挡圈，423为第三轴承挡圈，431为第一弹性挡圈，432为第二弹性挡圈，433为第三弹性挡圈，441为第一双列滚动轴承，442为第二双列滚动轴承，443为第三双列滚动轴承，51为定位块，521为滑动键，522为键，53为弹性挡圈，61为固定物，62为绳，63为加载物，7为T型导轨，8为内槽。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1、图2所示，本发明包括固定装置、传动机构及测量标定系统，其中固定装置包括测试台底座11及分别安装在该测试台底座11上的第一支撑座121、第二支撑座122、第三支撑座123和电机及其固定座13，传动机构包括外圈轴22、内圈轴23及第一～四连接轴211～214，测量标定系统包括测量盘31、标定力矩传感器32及嵌入式力矩传感器33。

如图3、图4所示，测试台底座11上沿轴向设有两条相平行的T型导轨7，两条T型导轨7之间形成内槽8；第一～三支撑座121～123和电机及其固定座13的两侧分别通过方形螺栓与T型导轨7相连接，第一～三支撑座121～123和电机及其固定座13的底部分别设有与内槽8配合的键。通过测试台底座11加工的T型导轨7即可实现第一支撑座121、第二支撑座122、第三支撑座123和电机及其固定座13轴向的往复移动，并通过测试台底座11上的内槽8与第一支撑座121、第二支撑座122、第三支撑座三123和电机及其固定座13底部加工键的配合，即可限制第一支撑座121、第二支撑座122、第三支撑座三123和电机及其固定座13径向的移动，从而可实现支撑座和电机及其固定座于径向方向的准确固定。

第一支撑座121、第二支撑座122及第三支撑座123通过第一双列滚动轴承441、第二双列滚动轴承442、第三双列滚动轴承443分别与第一连接轴211、第二连接轴212、第三连接轴213连接，并通过套设在第一连接轴211上的第一弹性挡圈431、套设在第二连接轴212上的第二弹性挡圈432、套设在第三连接轴213上的第三弹性挡圈433分别限制第一双列滚动轴承441、第二双列滚动轴承442、第三双列滚动轴承443的轴向移动，用以保证扭矩测过标定过程中的准确传递。第一～三弹性挡圈431～433位于第一～三双列滚动轴承441～443的一侧，第一双列滚动轴承441、第二双列滚动轴承442、第三双列滚动轴承443的另一侧分别通过第一轴承压盖411、第二轴承压盖412、第三轴承压盖413实现轴向方向固定的。第一双列滚动轴承441、第二双列滚动轴承442、第三双列滚动轴承443是通过第一轴承挡圈421、第二轴承挡圈422、第三轴承挡圈423将滚动轴承隔开实现的。

如图1、图2、图5、图6及图7所示，外圈轴22的一端固定嵌入式力矩传感器33的外法兰，另一端通过滑动键521与第二连接轴212的一端连接，标定力矩传感器32的一端通过键配合与第二连接轴212的另一端紧固连接，标定力矩传感器32的另一端通过法兰与第一连接轴211的一端连接，从而可保证力矩的准确传递；第一连接轴211的另一端与测量盘311通过紧定螺钉连接。测量盘311上缠绕有绳62，该绳62的一端连接于固定物61上，另一端连接有加载物63。内圈轴23的一端固定嵌入式力矩传感器33的内法兰，另一端通过键522与第三连接轴213的一端连接，第三连接轴213的另一端与第四连接轴214的一端通过法兰连接，电机及其固定座13通过键与第四连接轴214的另一端相连，以保证力矩的准确传递。第二连接轴212靠近嵌入式力矩传感器33的一端上设有限制外圈轴22轴向移动范围的弹性挡圈53。内圈轴23与嵌入式力矩传感器33的内圈之间设有定位块51，内圈轴23与嵌入式力矩传感器33通过该定位块51保证同轴度的设计要求，因此可以保证测试台的准确性。

本发明的测试台底座11的材料为不锈钢304，第一支撑座121、第二支撑座122、第三支撑座123、电机及其固定座13、第一连接轴211、第二连接轴212、第三连接轴213、外圈轴22、内圈轴23和测量盘31均采用铝合金7075作为使用材料。

本发明的工作原理为：

本发明的测量盘3-1通过采用摩擦原理进行负载加矩，可以保证加载力矩的准确的大小。根据摩擦测量原理推算公式T＝mgr+Δ，进行力矩标定，其中T为标定力矩大小，m为加载重物6-3的质量，r为测量盘3-1与绳6-2缠绕连接处的直径大小，Δ为修正参数。

关于力矩的传递过程为：由测量盘31加入负载力矩，即将绳62缠绕于测量盘31上，一端与固定物61连接，另一端与加载物63连接。负载力矩的大小即为T＝mgr+Δ。电机产生的力矩通过第四连接轴四214将力矩传递到第三连接轴三213，第三连接轴三213通过键522将力矩传递至嵌入式力矩传感器33中，由嵌入式力矩传感器33通过滑动键521将力矩传递至第二连接轴212，并通过法兰连接将力矩传递至标定力矩传感器32中。标定力矩传感器32通过键连接将力矩传递至第一连接轴211，第一连接轴211通过紧定螺钉将力矩最终传递至测量盘31，而使测量盘31发生旋转，至此完成动态标定过程中的力矩传递过程。

本发明适用于辅助小型嵌入式力矩传感器的标定与测量。

Claims (7)

1.一种嵌入式力矩传感器的标定测试台，其特征在于：包括固定装置、传动机构及测量标定系统，其中固定装置包括测试台底座(11)及分别安装在该测试台底座(11)上的支撑座、电机及其固定座(13)，所述传动机构外圈轴(22)、内圈轴(23)及第一～三连接轴(211～213)，所述测量标定系统包括测量盘(31)、标定力矩传感器(32)及嵌入式力矩传感器(33)；所述外圈轴(22)的一端与嵌入式力矩传感器(33)的外法兰相连，另一端通过第二连接轴(212)与所述标定力矩传感器(32)的一端相连，该标定力矩传感器(32)的另一端通过第一连接轴(211)与所述测量盘(31)相连；所述内圈轴(23)的一端与嵌入式力矩传感器(33)的内法兰相连，另一端通过第三连接轴(213)与电机及其固定座(13)中的电机相连；所述第一～三连接轴(211～213)分别通过轴承转动安装在支撑座上；所述电机产生的力矩依次通过第三连接轴(213)、嵌入式力矩传感器(33)、第二连接轴(212)、标定力矩传感器(32)、第一连接轴(211)传递至所述测量盘(31)，驱动该测量盘(31)旋转；所述测量盘(31)上缠绕绳(62)，该绳(62)的一端连接于固定物(61)上，另一端连接有加载物(63)。

2.按权利要求1所述嵌入式力矩传感器的标定测试台，其特征在于：所述测试台底座(11)上分别安装有第一～三支撑座(121～123)，所述第一～三连接轴(211～213)分别通过轴承转动安装在第一～三支撑座(121～123)上，所述第三连接轴(213)与所述电机之间加设有第四连接轴(214)。

3.按权利要求2所述嵌入式力矩传感器的标定测试台，其特征在于：所述第三连接轴(213)与第四连接轴(214)通过法兰连接。

4.按权利要求2或3所述嵌入式力矩传感器的标定测试台，其特征在于：所述测试台底座(11)上沿轴向设有两条相平行的T型导轨(7)，两条所述T型导轨(7)之间形成内槽(8)；所述第一～三支撑座(121～123)和电机及其固定座(13)的两侧分别通过方形螺栓与T型导轨(7)相连接，并沿所述T型导轨(7)往复移动；所述第一～三支撑座(121～123)和电机及其固定座(13)的底部分别设有与所述内槽(8)配合的键，通过所述键与内槽(8)的配合实现所述第一～三支撑座(121～123)和电机及其固定座(13)的径向限位。

5.按权利要求1或2所述嵌入式力矩传感器的标定测试台，其特征在于：所述轴承为双列滚动轴承，该双列滚动轴承通过轴承挡圈将滚动轴承隔开，所述双列滚动轴承的一侧通过套设在各连接轴上的弹性挡圈轴向限位，另一侧通过安装在支撑座上的轴承压盖轴向固定。

6.按权利要求1或2所述嵌入式力矩传感器的标定测试台，其特征在于：所述外圈轴(22)通过滑动键(521)与第二连接轴(212)连接，所述第二连接轴(212)靠近嵌入式力矩传感器(33)的一端上设有限制外圈轴(22)轴向移动范围的弹性挡圈(53)。

7.按权利要求1或2所述嵌入式力矩传感器的标定测试台，其特征在于：所述内圈轴(23)与嵌入式力矩传感器(33)的内圈之间设有定位块(51)，所述内圈轴(23)与嵌入式力矩传感器(33)通过该定位块(51)保证同轴度。