CN108519182B - 一种基于波形弹簧的制动扭矩测试仪器和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于波形弹簧的制动扭矩测试仪器和方法，涉及基于波形弹簧的协作机器人的制动领域。该仪器包括压力机，还包括：压力施加单元，与所述压力机的施压部连接，用于对待测波形弹簧施加压力；承载单元，与所述压力施加单元连接，用于承载所述待测波形弹簧和制动爪；制动扭矩测量单元，与所述承载单元连接，用于对施加压力后的所述待测波形弹簧与所述制动爪间的制动扭矩进行测量。本发明实施例提供一种基于波形弹簧的制动扭矩测试仪器和方法，实现了对不同压力下波形弹簧与制动爪之间制动扭矩大小的测量，进而根据测量结果确定垫片的厚度。

Description

一种基于波形弹簧的制动扭矩测试仪器和方法

技术领域

本发明实施例涉及基于波形弹簧的协作机器人的制动领域，尤其涉及一种基于波形弹簧的制动扭矩测试仪器和方法。

背景技术

现协作机器人的各关节之间设置有制动机构，用于使运动部件减速、停止或保持停止状态等功能。通常制动机构包括波形弹簧和制动爪。制动原理是通过压缩波形弹簧，产生轴向推力。该推力使得波形弹簧与制动爪发生摩擦，产生制动扭矩，实现制动。其中，通过摩擦产生制动力，单位距离内制动力所做的功构成制动扭矩。

实际应用中，因为波形弹簧的弹力不同，所以通过摩擦产生的制动力不同，从而产生的制动扭矩也不同。为使产生的制动扭矩达到设定扭矩阈值，需要对制动机构反复拆装，更换其中与波形弹簧关联设置的垫片，从而调整该垫片的厚度，进而对波形弹簧的弹力进行补偿。

发明人在实现本发明的过程中，发现上述更换不同厚度垫片的过程非常麻烦，且需要凭借经验一遍遍的尝试。

发明内容

本发明实施例提供一种基于波形弹簧的制动扭矩测试仪器和方法，从而实现对不同压力下波形弹簧与制动爪之间制动扭矩大小的测量，进而根据测量结果确定垫片的厚度。

第一方面，本发明实施例提供了一种基于波形弹簧的制动扭矩测试仪器，该仪器包括压力机，还包括：

压力施加单元，与所述压力机的施压部连接，用于对待测波形弹簧施加压力；

承载单元，与所述压力施加单元连接，用于承载所述待测波形弹簧和制动爪；

制动扭矩测量单元，与所述承载单元连接，用于对施加压力后的所述待测波形弹簧与所述制动爪间的制动扭矩进行测量。

进一步的，所述压力施加单元包括：上压板、下压板和支撑件，

其中，所述上压板与所述压力机的施压部连接，用于接收来自所述压力机的压力；

所述支撑件的一端与所述上压板垂直连接，所述支撑件的另一端与所述下压板垂直连接，用于支撑所述上压板和所述下压板，并且将所述压力传递给所述下压板；

所述下压板压在所述待测波形弹簧上，用于将所述压力传递给所述待测波形弹簧，其中所述下压板上设有开孔。

进一步的，所述承载单元包括一第一转轴，所述第一转轴包括一托结构和一柱结构，所述待测波形弹簧和所述制动爪穿过所述柱结构承载于所述托结构上；

所述下压板经开孔穿过所述柱结构，压在所述待测波形弹簧上。

进一步的，所述制动扭矩测量单元包括：数显扭力扳手、第二转轴、轴承、挡块和底座，

所述数显扭力扳手与所述柱结构中穿过所述下压板的开孔的一端连接；

所述第二转轴为立柱结构，其一端与所述第一转轴连接，其另一端插入所述轴承中，用于跟随所述数显扭力扳手的旋转而旋转，其中所述轴承固定在所述底座上；

所述挡块固定在所述底座上，距离所述轴承设定距离，用于在旋转过程中挡住所述制动爪，阻止所述制动爪进行旋转，从而使得所述待测波形弹簧与所述制动爪发生摩擦。

进一步的，所述上压板上设置有稳定施压结构，用于稳定所述施压部与所述上压板的连接，避免在所述施压部向所述上压板施加压力的过程中所述上压板发生滑动。

进一步的，所述开孔为圆形开孔，且所述圆形开孔的直径小于所述待测波形弹簧的直径和所述制动爪的直径。

进一步的，所述支撑件为柱结构，分别垂直设置于所述上压板和所述下压板之间，且数量为两个。

本发明实施例通过所述压力施加单元对待测波形弹簧和制动爪施加设定压力值的压力，通过承载单元用于承载待测波形弹簧和制动爪，通过制动扭矩测量单元对在施加有设定压力值的压力的情况下，测量待测波形弹簧和制动爪之间由摩擦产生的制动扭矩。从而实现对不同压力下待测波形弹簧的制动扭矩的测量。进而当制动扭矩等于设定扭矩阈值时，通过压力机获取波形弹簧的压缩量，根据所述压缩量确定垫片的厚度。

第二方面，本发明实施例还提供了一种基于波形弹簧的制动扭矩测试方法，该方法包括：

向待测波形弹簧和制动爪施加设定压力值的压力；

旋转数显扭力扳手，确定制动扭矩；

若所述制动扭矩等于设定扭矩阈值，则确定所述待测波形弹簧压缩量；

根据所述压缩量确定垫片的厚度。

进一步的，在旋转数显扭力扳手，确定制动扭矩之后，还包括：

若所述制动扭矩小于或等于所述设定扭矩阈值，则在按照设定规则增大所述设定压力值后，返回继续执行向待测波形弹簧和制动爪施加设定压力值的压力的步骤。

本发明实施例通过在对待测波形弹簧和制动爪施加设定压力值的压力后，测量待测波形弹簧和制动爪之间由摩擦产生的制动扭矩。从而当制动扭矩等于设定扭矩阈值时，获取波形弹簧的压缩量，根据所述压缩量确定垫片的厚度。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的一种基于波形弹簧的制动扭矩测试仪器的结构示意图；

图2a是本发明实施例二提供的一种基于波形弹簧的制动扭矩测试仪器的三维结构示意图；

图2b是本发明实施例二提供的一种基于波形弹簧的制动扭矩测试仪器的二维正视图；

图2c是本发明实施例二提供的一种基于波形弹簧的制动扭矩测试仪器沿A-A位置的剖视图；

图2d是本发明实施例二提供的一种基于波形弹簧的制动扭矩测试仪器的左视图；

图2e是本发明实施例二提供的一种基于波形弹簧的制动扭矩测试仪器的俯视图；

图2f是本发明实施例二提供的一种基于波形弹簧的制动扭矩测试仪器的右视图；

图3是本发明实施例二提供的一种基于波形弹簧的制动扭矩测试仪器的局部三维结构示意图；

图4是本发明实施例二提供的一种基于波形弹簧的制动扭矩测试仪器的局部三维结构剖面图；

图5是本发明实施例三提供的一种基于波形弹簧的制动扭矩测试方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接；可以是机械连接，也可以是电焊连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的一种基于波形弹簧的制动扭矩测试仪器的结构示意图。本实施例可适用于在将波形弹簧安装至制动机构前，对波形弹簧的制动扭矩进行测量，已确定待安装垫片的厚度的情况。典型的该制动机构应用在协作机器人中。参见图1，本实施例提供的一种基于波形弹簧的制动扭矩测试仪器包括：压力机10、压力施加单元20、承载单元30和制动扭矩测量单元40。

其中，压力施加单元20，与所述压力机10的施压部连接，用于对待测波形弹簧施加压力；

承载单元30，与所述压力施加单元20连接，用于承载所述待测波形弹簧和制动爪；

制动扭矩测量单元40，与所述承载单元30连接，用于对施加压力后的所述待测波形弹簧与所述制动爪间的制动扭矩进行测量。

可选的，压力机10可以是具有施加设定压力值压力和显示在不同压力下待测波形弹簧的形变高度的任意型号的压力机，本实施例对此并不进行任何限制。

压力施加单元20与所述压力机10的施压部的连接方式，可以是固定连接，也可以是以施压部抵住压力施加单元的设定位置的方式连接。

承载单元30可以是能够承载所述待测波形弹簧和制动爪，且适应所述压力施加单元20的任意结构。

制动扭矩测量单元40可以是能对施加压力后的所述待测波形弹簧与所述制动爪间的制动扭矩进行测量，且适应所述承载单元30的任意结构。

本发明实施例的技术方案，通过所述压力施加单元对待测波形弹簧和制动爪施加设定压力值的压力，通过承载单元用于承载待测波形弹簧和制动爪，通过制动扭矩测量单元对在施加有设定压力值的压力的情况下，测量待测波形弹簧和制动爪之间由摩擦产生的制动扭矩。从而实现对不同压力下待测波形弹簧的制动扭矩的测量。进而当制动扭矩等于设定扭矩阈值时，通过压力机获取波形弹簧的压缩量，根据所述压缩量确定垫片的厚度。

进一步的，所述压力施加单元可以包括：上压板、下压板和支撑件，

其中，所述上压板与所述压力机的施压部连接，用于接收来自所述压力机的压力；

所述支撑件的一端与所述上压板垂直连接，所述支撑件的另一端与所述下压板垂直连接，用于支撑所述上压板和所述下压板，并且将所述压力传递给所述下压板；

所述下压板压在所述待测波形弹簧上，用于将所述压力传递给所述待测波形弹簧，其中所述下压板上设有开孔。

可选的，上压板和下压板的结构可以是具有一定厚度的圆形结构，也可以是矩形结构。

考虑到节省材料和增大对波形弹簧的受压面积的因素，优选的上压板为宽度固定的矩形结构；下压板为中间宽，两头窄的梭形结构，其中下压板的中心位置设置有开孔。

可选的，所述支撑件可以是起支撑作用的任意结构。例如所述支撑件可以由两块具有一定厚度的矩形板体构成，其中该两块板体相距设定距离平行设置。

典型的，所述支撑件为立柱结构，分别垂直设置于所述上压板和所述下压板之间，且数量为两个。具体就是，所述支撑件包括尺寸相同的两根立柱，其中所述立柱相距设定距离平行设置，所述立柱的顶端与所述上压板固定连接，所述立柱的低端与所述下压板固定连接。

在此基础上，本领域技术人员还可以想到，所述支撑件可以由多块板体或多根立柱构成，或者是其他结构。本实施例对此并不进行任何限制。

需要说明的是，为适用不同尺寸内径的波形弹簧和制动爪，所述下压板中设置的开孔的尺寸由波形弹簧和制动爪的内径尺寸确定。

此外，所述下压板与所述支撑件可拆卸连接。根据待测波形弹簧和制动爪的内径尺寸可以确定安装开孔尺寸匹配的下压板。从而可以实现对不同内径尺寸的波形弹簧和制动爪施加压力。

可选的，下压板中开孔的形状可以是任意形状。因为波形弹簧为环形，所以，为增加波形弹簧的受力面积，典型的下压板中开孔的形状为圆形。

进一步的，所述上压板上设置有稳定施压结构，用于稳定所述施压部与所述上压板的连接，避免在所述施压部向所述上压板施加压力的过程中所述上压板发生滑动。

具体的，为了使上压板受力均匀，稳定施压结构设置上压板的中心位置。稳定施压结构根据施压部的结构确定。例如，如果施压部是圆柱结构，则稳定施压结构可以是圆形凹槽。在施加压力的过程中，所述施压部嵌入该凹槽中，从而稳定施压部与上压板的连接。

为避免在压力作用下发生形变，构成上述压力施加单元、承载单元和制动扭矩测量单元的结构材料为抗压性强的金属材料。

实施例二

图2a是本发明实施例二提供的一种基于波形弹簧的制动扭矩测试仪器的三维结构示意图。本实施例是在上述实施例的过程中提出的一种可选方案。参见图2a，本实施例提供的基于波形弹簧的制动扭矩测试仪器包括:压力机，压力施加单元、承载单元和制动扭矩测量单元。

其中，压力机包括：旋转手柄11、压力显示器12、高度显示器13、施压部14。

压力施加单元包括：上压板21、立柱22和下压板23。

其中，参见图2b，上压板21上设置有稳定施压结构211；下压板23开设有圆形开孔231。

参见图3，承载单元包括：第一转轴31。其中，所述第一转轴31包括托结构311和柱结构312，所述待测波形弹簧50和所述制动爪60穿过所述柱结构312承载于所述托结构311上(也即所述待测波形弹簧50和所述制动爪60套在所述柱结构312上)。所述下压板23经开孔231穿过所述柱结构312，压在所述待测波形弹簧50上。

其中，第一转轴31的尺寸由所述待测波形弹簧50的内径和所述制动爪60的内径决定。

参见图4和图2c，制动扭矩测量单元40包括：数显扭力扳手41、第二转轴42、轴承43、挡块44和底座45。

其中，所述数显扭力扳手41与所述柱结构312中穿过所述下压板23的开孔231的一端连接；

所述第二转轴42为立柱结构，其一端与所述第一转轴31连接，其另一端插入所述轴承43中，用于跟随所述数显扭力扳手41的旋转而旋转，其中所述轴承43固定在所述底座45上；

所述挡块44固定在所述底座45上，距离所述轴承43设定距离(该距离根据所述制动爪的尺寸确定)，用于在旋转过程中挡住所述制动爪60，阻止所述制动爪60进行旋转，从而使得所述待测波形弹簧50与所述制动爪60发生摩擦。

进一步的，所述柱结构312的顶部固接有六角螺栓，所述数显扭力扳手41通过拧转上述六角螺栓的头部，从而带动第一转轴31旋转。

继续参见图4，为方便待测波形弹簧50与所述制动爪60套在所述柱结构312上，所述柱结构312又包括：第一柱313和第二柱314。

其中，第一柱313的内径小于第二柱314的内径。下压板23开设的开孔231的内径和第二柱314的内径均由待测波形弹簧50的内径确定，优选的与待测波形弹簧50的内径相同。下压板23、待测波形弹簧50和制动爪60均经第一柱313套在第二柱314上。

由上可知，第一转轴31与第二转轴42可拆卸连接，用于针对不同内径尺寸的待测波形弹簧50进行第一转轴31的更换。

典型的，第一转轴31的托结构311端开设有柱形腔体，第二转轴42插入该腔体后，通过顶丝与第一转轴31固定。

参见图2d、图2e和图2f，据此可以看出上述基于波形弹簧的制动扭矩测试仪器在不同角度的视图效果。

具体的，制动扭矩测试过程可以描述为：转动旋转手柄11，使得施压部14向上压板21施加压力；上压板21经立柱22，将接收到的压力传递给下压板23；下压板23经开孔231穿过第一转轴31的柱结构312压于，套在柱结构312且叠加放置的待测波形弹簧50与制动爪60上，从而实现对待测波形弹簧50施加压力。

通过转动数显扭力扳手41，使第一转轴31发生旋转，第二转轴42跟随第一转轴在轴承43中旋转。同时，待测波形弹簧50与制动爪60也跟随转动。当制动爪60旋转至挡块44时，挡块挡住制动爪60，阻止制动爪60旋转，从而待测波形弹簧50与制动爪60之间发生摩擦。通过数显扭力扳手确定该摩擦过程中发生的制动扭矩。同时，通过压力显示器12读取施加的压力值，高度显示器13读取待测波形弹簧50的形变高度。

为增加待测波形弹簧50与制动爪60之间的接触面积，待测波形弹簧50与下压板23之间垫有制动垫板。制动爪60和上述托结构311之间垫有轴用弹性挡圈。

本发明实施例通过压力机施加设定压力值的压力，通过数显扭力扳手，确定待测波形弹簧与制动爪之间摩擦过程中发生的制动扭矩。从而实现对波形弹簧的制动扭矩的测试。进而，当制动扭矩等于设定扭矩阈值时，通过高度显示器读取待测波形弹簧的形变高度，根据形变高度确定波形弹簧的压缩量，根据该压缩量确定垫片的厚度。

实施例三

图5是本发明实施例三提供的一种基于波形弹簧的制动扭矩测试方法的流程图。该方法可以由上述实施例中任一所述的基于波形弹簧的制动扭矩测试仪器执行。参见图5，本实施例提供的一种基于波形弹簧的制动扭矩测试方法包括：

S110、向待测波形弹簧和制动爪施加设定压力值的压力。

其中，该设定压力值可以根据实际需要进行设定。

S120、旋转数显扭力扳手，确定制动扭矩。

其中，通过旋转数显扭力扳手，使待测波形弹簧和制动爪之间发生摩擦，从而测量出该摩擦过程中产生的制动扭矩。

S130、若所述制动扭矩等于设定扭矩阈值，则确定所述待测波形弹簧压缩量。

其中，设定扭矩阈值为所需扭矩的最小值，具体可以根据实际需要确定。所述待测波形弹簧压缩量可以根据待测波形弹簧未发送形变时的高度与在上述压力下发生形变后高度的差值确定。

S140、根据所述压缩量确定垫片的厚度。

具体的，所述压缩量与垫片的厚度相等。

为确定制动扭矩满足设定条件时待测波形弹簧的压缩量，在旋转数显扭力扳手，确定制动扭矩之后，还包括：

若所述制动扭矩小于或等于所述设定扭矩阈值，则在按照设定规则增大所述设定压力值后，返回继续执行向待测波形弹簧和制动爪施加设定压力值的压力的步骤。

本发明实施例的技术方案，通过在对待测波形弹簧和制动爪施加设定压力值的压力后，测量待测波形弹簧和制动爪之间由摩擦产生的制动扭矩。从而当制动扭矩等于设定扭矩阈值时，获取波形弹簧的压缩量，根据所述压缩量确定垫片的厚度。

值得注意的是，上述搜索装置的实施例中，所包括的各个单元和模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (8)

1.一种基于波形弹簧的制动扭矩测试仪器，包括压力机，其特征在于，还包括：

压力施加单元，与所述压力机的施压部连接，用于对待测波形弹簧施加压力；

承载单元，与所述压力施加单元连接，用于承载所述待测波形弹簧和制动爪；

制动扭矩测量单元，与所述承载单元连接，用于对施加压力后的所述待测波形弹簧与所述制动爪间的制动扭矩进行测量；

所述压力机包括：高度显示器，所述高度显示器用于当所述制动扭矩等于设定扭矩阈值时读取待测波形弹簧的形变高度，根据形变高度确定波形弹簧的压缩量，根据该压缩量确定垫片的厚度；

所述压力施加单元包括：上压板、下压板和支撑件，其中，所述上压板与所述压力机的施压部连接，用于接收来自所述压力机的压力；所述支撑件的一端与所述上压板垂直连接，所述支撑件的另一端与所述下压板垂直连接，用于支撑所述上压板和所述下压板，并且将所述压力传递给所述下压板；所述下压板压在所述待测波形弹簧上，用于将所述压力传递给所述待测波形弹簧，其中所述下压板上设有开孔；所述下压板与所述支撑件可拆卸连接，根据待测波形弹簧和制动爪的内径尺寸确定安装开孔尺寸匹配的下压板；

所述压力施加单元、承载单元和制动扭矩测量单元的结构材料为抗压性强的金属材料以避免发生形变。

2.根据权利要求1所述的仪器，其特征在于，所述承载单元包括一第一转轴，所述第一转轴包括一托结构和一柱结构，所述待测波形弹簧和所述制动爪穿过所述柱结构承载于所述托结构上；

所述下压板经开孔穿过所述柱结构，压在所述待测波形弹簧上。

3.根据权利要求2所述的仪器，其特征在于，所述制动扭矩测量单元包括：数显扭力扳手、第二转轴、轴承、挡块和底座，

所述数显扭力扳手与所述柱结构中穿过所述下压板的开孔的一端连接；

所述第二转轴为立柱结构，其一端与所述第一转轴连接，其另一端插入所述轴承中，用于跟随所述数显扭力扳手的旋转而旋转，其中所述轴承固定在所述底座上；

所述挡块固定在所述底座上，距离所述轴承设定距离，用于在旋转过程中挡住所述制动爪，阻止所述制动爪进行旋转，从而使得所述待测波形弹簧与所述制动爪发生摩擦。

4.根据权利要求1所述的仪器，其特征在于，所述上压板上设置有稳定施压结构，用于稳定所述施压部与所述上压板的连接，避免在所述施压部向所述上压板施加压力的过程中所述上压板发生滑动。

5.根据权利要求1所述的仪器，其特征在于，所述开孔为圆形开孔，且所述圆形开孔的直径小于所述待测波形弹簧的直径和所述制动爪的直径。

6.根据权利要求1所述的仪器，其特征在于，所述支撑件为柱结构，分别垂直设置于所述上压板和所述下压板之间，且数量为两个。

7.一种基于波形弹簧的制动扭矩测试方法，由所述权利要求1-6中任一所述的仪器执行，其特征在于，包括：

向待测波形弹簧和制动爪施加设定压力值的压力；

旋转数显扭力扳手，确定制动扭矩；

若所述制动扭矩等于设定扭矩阈值，则确定所述待测波形弹簧压缩量；

根据所述压缩量确定垫片的厚度。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在旋转数显扭力扳手，确定制动扭矩之后，还包括：

若所述制动扭矩小于或等于所述设定扭矩阈值，则在按照设定规则增大所述设定压力值后，返回继续执行向待测波形弹簧和制动爪施加设定压力值的压力的步骤。

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