CN108414166A - 一种用于机器人柔性关节的平面弹性体刚度测量装置 - Google Patents

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赵立军
刘星
孙振业
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    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • G01M5/0041—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings by determining deflection or stress
    • G01M5/005—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings by determining deflection or stress by means of external apparatus, e.g. test benches or portable test systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
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Abstract

一种用于机器人柔性关节的平面弹性体刚度测量装置，它涉及仪器测量技术领域，它包括电机、减速器、扭矩传感器、磁感应传感器、底板、夹持器和施力轴；电机的输出端连接减速器的输入端，减速器的输出端连接扭矩传感器，减速器和扭矩传感器均安装在底板上，扭矩传感器与施力轴连接，磁感应传感器的磁感应齿轮安装在施力轴上，夹持器插装在施力轴的端部，磁感应传感器的磁感应测头通过传感器支架固装在底板上；扭矩传感器、磁感应齿轮和施力轴三者同轴布置。本发明结构简单，可靠性好，适合于中小批量的平面弹性体的刚度测量。

Description

一种用于机器人柔性关节的平面弹性体刚度测量装置
技术领域
本发明涉及仪器测量技术领域，特别涉及一种用于测量机器人柔性关节中的平面弹性体的刚度的高精度测量装置。
背景技术
近年来，为解决机器人与人交互协作过程中安全问题，人们将串联弹性驱动器运用于机器人柔性关节，串联弹性驱动器的性能直接决定着机器人系统的综合性能，如机器人、机械臂的最大负载能力、功率等参数，大多串联弹性驱动器的弹性体采用了平面弹性体，
故平面弹性体的性能直接决定了串联弹性驱动器的性能。因此平面弹性体的刚度及能够承受的最大扭矩是必须精确测量的参数，它们能够反映平面弹性体在材料、设计、加工精度和工艺水平方面的合理性，并对平面弹性体的优化设计及实际选用提供重要参考。
目前，平面弹性体的刚度测量技术还是比较落后的，如测试效率低、可靠性差、自动化程度不高、精度相对较低等，难以满足当今中小批量、高精度、自动化的要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构简单、可靠性好、适合中小批量的用于机器人柔性关节的平面弹性体刚度测量装置。
一种用于机器人柔性关节的平面弹性体刚度测量装置包括电机、减速器、扭矩传感器、磁感应传感器、底板、夹持器和施力轴；
电机的输出端连接减速器的输入端，减速器的输出端连接扭矩传感器，减速器和扭矩传感器均安装在底板上，扭矩传感器与施力轴连接，磁感应齿轮安装在施力轴上，夹持器插装在施力轴的端部，磁感应传感器的磁感应测头通过传感器支架固装在底板上；扭矩传感器、磁感应齿轮和施力轴三者同轴布置。
本发明相比现有技术的有益效果是：
平面弹性体在刚度和转矩性能参数测量时，扭矩传感器和磁感应传感器位于一侧，底板另一侧进行待测件的装配，且在测量过程中，一旦调整好，就不需再次调整测量装置，使得测量工作非常简单方便，可靠性好，适合中小批量的测量要求；由于采用了步进电机、磁感应传感器和扭矩传感器，借助连接外部设备如计算机和单片机等处理相关数据，可精确得到平面弹性体的最大扭矩和刚度等参数，能够满足实际应用中高精度和自动化的测量要求。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明去掉底板后的轴向组件示意图；
图3为本发明中底板的结构示意图；
图4为本发明所测的平面弹性体的结构示意图。
图中：1、步进电机，2、减速器，3、联轴器I，4、扭矩传感器，5、联轴器II，6、底板，7、传感器支架，8、磁感应测头，9、磁感应齿轮，10、垫块，11、法兰，12、夹持器，13、施力轴，14、平面弹性体。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步地说明。
如图1和图2所示，一种用于机器人柔性关节的平面弹性体刚度测量装置包括电机1、减速器2、扭矩传感器4、磁感应传感器、底板6、夹持器12和施力轴13；
电机1的输出端连接减速器2的输入端，减速器2的输出端连接扭矩传感器4，减速器2和扭矩传感器4均安装在底板6上，扭矩传感器4与施力轴13连接，磁感应传感器的磁感应齿轮9安装在施力轴13上，夹持器12插装在施力轴13的端部，磁感应传感器的磁感应测头8通过传感器支架7固装在底板6上；扭矩传感器4、磁感应齿轮9和施力轴13三者同轴布置。此方式中，夹持器12通过其方形槽和施力轴13的方形端形成滑动配合。优选磁感应传感器为磁感应齿轮编码器。
进一步地，电机1采用步进电机，步进电机可靠性高，有较好的位置精度和运动的重复性，起停和反装响应敏捷。在部件之间的连接方式上，减速器2与通过联轴器I3与扭矩传感器4连接，减速器2通过法兰11固定在底板6上。扭矩传感器4通过联轴器II5与施力轴13连接。联轴器的设计以实现扭矩的传递，可采用挠性联轴器或梅花联轴器。扭矩传感器4通过垫块10固定在底板6上。垫块10用于调整扭矩传感器4的前后位置，以保证扭矩传感器4与其他部件的同轴度要求。
参见图3所示，底板6外形为L形，磁感应测头8通过传感器支架7固装在底板6的短板上，减速器2和扭矩传感器4均安装在底板6的长板上，底板6的短板上开设一沉孔，沉孔的端面上沿周向布置有多个销钉一，多个销钉一在该端面上的位置与平面弹性体的外圈光孔位置匹配。夹持器12的端面布置有多个销钉二，多个销钉二在该端面上的位置与平面弹性体的内圈光孔位置匹配。
如图4所示，平面弹性体14由内圈、外圈及两者之间的U形弹性体组成，内外圈均轴向分布有一定数量的光孔，夹持器12端面上的销钉二数量及其所在圆周的半径可依据所测平面弹性体14的具体大小及最大扭矩适当调整。
至少有3个销钉一周向均布在底板6的段板的沉孔端面上，沉孔直径及销钉一在端面上的位置可根据平面弹性体14的外圈直径和外圈光孔位置而改变，平面弹性体14通过外圈上对应的光孔与销钉一配合，放置在底板6的沉孔端面上；如图2所示，至少有3个销钉二周向均布在夹持器12的端面上，而且销钉二在端面上的位置可根据平面弹性体14内圈光孔位置来改变，测量时销钉二与平面弹性体14内圈上相应的光孔配合，并可调节夹持器12的轴向位置以保证销孔配合的稳定性；磁感应测头8和磁感应齿轮9组成的磁感应传感器用于测量平面弹性体内圈相对于外圈的旋转变形角度；步进电机1及减速器2可根据所需测量的最大力矩选择合适的大小及型号；垫块10用于调整扭矩传感器4的前后位置，以保证扭矩传感器4与其他部件的同轴度要求。
本发明的具体工作过程如下：首先按顺序依次安装好各部件，并将扭矩传感器和磁感应传感器接到外接设备计算机或单片机上，注意调整减速器2、扭矩传感器4和底板6的沉孔的同轴度误差，使其满足测量精度的要求；其次，将所测平面弹性体14通过销孔配合安装在底板6左端的沉孔中，然后调整夹持器12的轴向位置，使平面弹性体14和夹持器12结合紧密。待电路检查无误后，向步进电机1发送合适的速度指令，夹持器12缓慢转动使平面弹性体14逐渐变形，当达到其最大变形时，步进电机1开始堵转，到达程序设定的时间后，停止转动。该过程中，磁感应传感器和扭矩传感器4将所测数据输送至外接设备，经实时处理之后即可得到平面弹性体14的最大转矩和刚度值等参数。
本发明已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质对以上实施案例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案范围。

Claims (7)

1.一种用于机器人柔性关节的平面弹性体刚度测量装置，其特征在于：它包括电机(1)、减速器(2)、扭矩传感器(4)、磁感应传感器、底板(6)、夹持器(12)和施力轴(13)；
电机(1)的输出端连接减速器(2)的输入端，减速器(2)的输出端连接扭矩传感器(4)，减速器(2)和扭矩传感器(4)均安装在底板(6)上，扭矩传感器(4)与施力轴(13)连接，磁感应传感器的磁感应齿轮(9)安装在施力轴(13)上，夹持器(12)插装在施力轴(13)的端部，磁感应传感器的磁感应测头(8)通过传感器支架(7)固装在底板(6)上；扭矩传感器(4)、磁感应齿轮(9)和施力轴(13)三者同轴布置。
2.根据权利要求1所述一种用于机器人柔性关节的平面弹性体刚度测量装置，其特征在于：电机(1)采用步进电机。
3.根据权利要求1或2所述一种用于机器人柔性关节的平面弹性体刚度测量装置，其特征在于：减速器(2)与通过联轴器I(3)与扭矩传感器(4)连接。
4.根据权利要求3所述一种用于机器人柔性关节的平面弹性体刚度测量装置，其特征在于：扭矩传感器(4)通过联轴器II(5)与施力轴(13)连接。
5.根据权利要求4所述一种用于机器人柔性关节的平面弹性体刚度测量装置，其特征在于：扭矩传感器(4)通过垫块(10)固定在底板(6)上。
6.根据权利要求1、2、4或5所述一种用于机器人柔性关节的平面弹性体刚度测量装置，其特征在于：底板(6)外形为L形，磁感应测头(8)通过传感器支架(7)固装在底板(6)的短板上，减速器(2)和扭矩传感器(4)均安装在底板(6)的长板上，底板(6)的短板上开设一沉孔，沉孔的底面上沿周向布置有多个销钉一，多个销钉一在底面上的位置与平面弹性体的外圈光孔位置匹配。
7.根据权利要求6所述一种用于机器人柔性关节的平面弹性体刚度测量装置，其特征在于：夹持器(12)的端面布置有多个销钉二，多个销钉二在端面上的位置与平面弹性体的内圈光孔位置匹配。
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