CN108406841A - 一种扭矩传感器 - Google Patents
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Abstract
一种扭矩传感器，包括本体、与所述本体连接的盖体和设在所述本体与所述盖体之间的电路板，所述本体包括环体、设在所述环体中部的盘体以及连接所述环体与所述盘体的多个测量体，所述测量体上设有应变计，所述应变计与所述电路板电连接。按照本发明提供的扭矩传感器与现有技术相比具有如下优点：本发明结构简单、装配方便，用于现有机器人上时，不用改变机器人上级关节的减速器输出轴和密封形式，也不用改变下级关节的法兰接口，只需要将本发明替代上级关节的减速器输出法兰即可；同时，本发明将电路板设在本体与盖体之间，起到了防水防尘作用，并能有效隔绝外界电磁干扰，提高了本发明的测量精度。
Description
技术领域
本发明涉及一种传感器，尤其涉及一种扭矩传感器。
背景技术
工业机器人在经历了多年的发展之后，如何解决机器人与人近距离相处甚至协同工作的问题已成为下一个技术热点。机器人的人机协作主要方式之一是直接示教，又称手动示教或者拖动示教。即人直接通过手动拖动的方式完成对机器人的示教编程工作。传统的示教方式主要依赖于示教器，而这样的示教方式工作效率较低，过程繁琐不直观，对操作人员知识水平要求较高。相比之下，采用直接示教的方式非常直观，且对现场操作人员的要求大大降低。而零力控制则是实现直接示教控制方案的关键技术。零力控制技术，其核心是将外力的大小及方向转换为对应的位置指令。伺服驱动器一般工作在位置模式下，并通过对位置指令的跟踪实现直接示教功能。外力检测一般有两种方式，一种是采用电流反馈，一种采用扭矩传感器检测。电机的电流和输出扭矩有对应的物理关系，用电流来计算电机输出扭矩，然后结合其他干扰因素就可以估计连杆端的扭矩，从而给电机控制器提供反馈信号。但是用电流反馈仅适用于Direct-Drive的机器人，即关节电机没有减速器或只有一级减速。否则对于使用大减速比的机器人，其关节back-drive的摩擦力巨大，采用电机电流不足以精确估计末端执行器上受到的外力，减速比越大越明显。比如大多数工业机械臂，即使是断电状态，在末端用很大的力气推也推不动，这时候虽然末端受力很大，关节电流仍然是零。由于电流反馈方式存在上述弊端，目前高端协作机器人(Baxter，iiwa)采用的是扭矩传感器检测的方式。其优点是：能够比较精确地检测末端扭矩的大小，系统灵敏度较高；由于有传感器作为外部绝对反馈，系统稳定性有更好的保证。
目前市面上已有专门用于协作机器人零力控制的关节扭矩传感器产品，但存在以下问题无法解决。目前的大多数协作机器人本体制造商基本都是从采用电流反馈的方式开始研工作的，并且已有批量产品投入市场。由于上级关节减速器和下级关节连接接口已经固化，并还要且要考虑两侧密封功能和数采电路防护功能，如果想改用扭矩传感器检测的方式，市面上的成熟产品无法直接接入其中。即使个别扭矩传感器可以勉强使用，其外圈法兰孔和内圈法兰空的调整位置有限，并且无密封槽，很难适应已有机器人产品的对接使用，并且还存在一个明显缺陷，即没有过载保护。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服上述现有技术之不足，提供一种结构简单、使用方便、具有过载保护的扭矩传感器。
按照本发明提供的扭矩传感器采用的主要技术方案为：包括本体、与所述本体连接的盖体和设在所述本体与所述盖体之间的电路板，所述本体包括环体、设在所述环体中部的盘体以及连接所述环体与所述盘体的多个测量体，所述测量体上设有应变计，所述应变计与所述电路板电连接。
本发明提供的扭矩传感器还采用如下附属技术方案：
所述盘体上设有保护销，所述环体上设有限位孔，所述保护销的一端与所述盘体连接，所述保护销的另一端插入所述限位孔，所述保护销的外壁与所述限位孔的内壁之间形成有缝隙。
所述盘体上设有固定块，所述固定块上设有固定孔，所述保护销的一端插入所述固定孔并与所述固定孔连接。
所述环体上设有第一缺口，所述盘体上设有第二缺口，所述测量体的一端与所述第一缺口的底面连接，所述测量体的另一端与所述第二缺口的底面连接。
所述测量体为变截面梁。
所述电路板与所述盘体连接，所述盖体上设有容置腔，所述电路板位于所述容置腔内。
所述环体上设有定位块，所述盖体上设有定位槽，所述定位块插入所述定位槽。
所述盘体上设有第一密封槽，所述第一密封槽内设有第一密封圈，所述盖体上设有第二密封槽，所述第二密封槽内设有第二密封圈。
所述环体上设有第一连接孔，所述盘体上设有第二连接孔，所述盖体上设有第三连接孔，所述第一连接孔与所述第三连接孔相对。
所述本体为一体成型结构。
所述盘体上设有第一过线孔，所述盖体上设有第二过线孔。
所述应变计为应变片。
所述缝隙的宽度为0.01mm-0.05mm。
所述定位块上设有所述限位孔。
按照本发明提供的扭矩传感器与现有技术相比具有如下优点：本发明结构简单、装配方便，用于现有机器人上时，不用改变机器人上级关节的减速器输出轴和密封形式，也不用改变下级关节的法兰接口，只需要将本发明替代上级关节的减速器输出法兰即可；同时，本发明将电路板设在本体与盖体之间，起到了防水防尘作用，并能有效隔绝外界电磁干扰，提高了本发明的测量精度。
附图说明
图1是本发明的结构图一。
图2是本发明的结构图二。
图3是本发明的结构分解图。
图4是本发明中本体的结构图一。
图5是本发明中本体的结构图二。
图6是本发明中盖体的结构图。
具体实施方式
参见图1至图6，按照本发明提供的扭矩传感器实施例，包括本体1、与所述本体1连接的盖体2和设在所述本体1与所述盖体2之间的电路板3，所述本体1包括环体11、设在所述环体11中部的盘体12以及连接所述环体11与所述盘体12的多个测量体13，所述测量体13上设有应变计，所述应变计与所述电路板3电连接。所述应变计为应变片，应变计采用应变片，装配方便，测量精度高。本发明结构简单、装配方便，用于现有机器人上时，不用改变机器人上级关节的减速器输出轴和密封形式，也不用改变下级关节的法兰接口，只需要将本发明替代上级关节的减速器输出法兰即可；同时，本发明将电路板3设在本体1与盖体2之间，起到了防水防尘作用，并能有效隔绝外界电磁干扰，提高了本发明的测量精度。盖体2通过螺钉与本体1紧固，电路板3也通过螺钉与本体1紧固。
参见图3至图5，根据本发明上述的实施例，所述盘体12上设有保护销4，所述环体11上设有限位孔111，所述保护销4的一端与所述盘体12连接，所述保护销4的另一端插入所述限位孔111，所述保护销4的外壁与所述限位孔111的内壁之间形成有缝隙。所述缝隙的宽度为0.01mm-0.05mm。本实施例优选为0.025mm。具体使用过程中，本发明未发生过载时，保护销4的外壁不与限位孔111的内壁接触；当发生过载时，保护销4的外壁与限位孔111的内壁接触并阻止测量体13继续变形避免本体1损坏。保护销4的设置能够防止扭矩过大造成测量体13的损坏，使用过程中更加安全、可靠，大大延长了本发明的使用寿命。所述盘体12上设有固定块121，所述固定块121上设有固定孔122，所述保护销4的一端插入所述固定孔122并与所述固定孔122连接。保护销4采用该种结构安装，结构简单、装配方便。
参见图4和图5，根据本发明上述的实施例，所述环体11上设有第一缺口112，所述盘体12上设有第二缺口123，所述测量体13的一端与所述第一缺口112的底面连接，所述测量体13的另一端与所述第二缺口123的底面连接。该种结构使得本体1的结构更加紧凑，同时有助于提高测量体13的测量精度，同时方便测量体13的加工成型。
参见图1、图4和图5，根据本发明上述的实施例，所述测量体13为变截面梁。可以有效增加本发明的输出信号，有利于提高本发明的测量精度。
参见图3和图6，根据本发明上述的实施例，所述电路板3与所述盘体12连接，所述盖体2上设有容置腔21，所述电路板3位于所述容置腔21内。有助于降低本发明的整体厚度。
参见图3，根据本发明上述的实施例，所述环体11上设有定位块14，所述盖体2上设有定位槽22，所述定位块14插入所述定位槽22。该种结构可以防止环体11与盖体2之间扭转相对运动，并且方便本体1与盖体2间的装配。所述限位孔111设在所述定位块14上，结构紧凑，装配方便。
参见图1、图2和图5，根据本发明上述的实施例，所述盘体12上设有第一密封槽124，所述第一密封槽124内设有第一密封圈，所述盖体2上设有第二密封槽23，所述第二密封槽23内设有第二密封圈。第一密封圈的设置在具体使用时，可以防止机器人减速器输出轴上的润滑油脂泄漏进入本发明内部；第二密封槽23的设置在具体使用时，可以将盖体2与机器人下级关节之间密封，防止防止灰层及液体进入本发明内部。
参见图1至图6，根据本发明上述的实施例，所述环体11上设有第一连接孔113，所述盘体12上设有第二连接孔125，所述盖体2上设有第三连接孔24，所述第一连接孔113与所述第三连接孔24相对。所述第一连接孔113与所述第三连接孔24相对构成下级关节法兰连接孔，所述第二连接孔125为减速器连接孔。该结构使得本发明适用于市面的大多数机器人，即不用改变机器人上级关节的减速器输出轴和密封形式，也不用改变下级关节的法兰接口，只需要将本发明替代上级关节的减速器输出法兰即可。
参见图4和图5，根据本发明上述的实施例，所述本体1为一体成型结构。所述本体1采用合金钢一体加工而成，有助于提高本发明的量测精度。
参见图1至图6，所述盘体12上设有第一过线孔126，所述盖体2上设有第二过线孔25。方便本发明使用时的接线。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种扭矩传感器，其特征在于：包括本体、与所述本体连接的盖体和设在所述本体与所述盖体之间的电路板，所述本体包括环体、设在所述环体中部的盘体以及连接所述环体与所述盘体的多个测量体，所述测量体上设有应变计，所述应变计与所述电路板电连接。
2.根据权利要求1所述的扭矩传感器，其特征在于：所述盘体上设有保护销，所述环体上设有限位孔，所述保护销的一端与所述盘体连接，所述保护销的另一端插入所述限位孔，所述保护销的外壁与所述限位孔的内壁之间形成有缝隙。
3.根据权利要求2所述的扭矩传感器，其特征在于：所述盘体上设有固定块，所述固定块上设有固定孔，所述保护销的一端插入所述固定孔并与所述固定孔连接。
4.根据权利要求1所述的扭矩传感器，其特征在于：所述环体上设有第一缺口，所述盘体上设有第二缺口，所述测量体的一端与所述第一缺口的底面连接，所述测量体的另一端与所述第二缺口的底面连接。
5.根据权利要求1所述的扭矩传感器，其特征在于：所述测量体为变截面梁。
6.根据权利要求1所述的扭矩传感器，其特征在于：所述电路板与所述盘体连接，所述盖体上设有容置腔，所述电路板位于所述容置腔内。
7.根据权利要求1所述的扭矩传感器，其特征在于：所述环体上设有定位块，所述盖体上设有定位槽，所述定位块插入所述定位槽。
8.根据权利要求1所述的扭矩传感器，其特征在于：所述盘体上设有第一密封槽，所述第一密封槽内设有第一密封圈，所述盖体上设有第二密封槽，所述第二密封槽内设有第二密封圈。
9.根据权利要求1所述的扭矩传感器，其特征在于：所述环体上设有第一连接孔，所述盘体上设有第二连接孔，所述盖体上设有第三连接孔，所述第一连接孔与所述第三连接孔相对。
10.根据权利要求1所述的扭矩传感器，其特征在于：所述本体为一体成型结构。
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