CN111256987B - 一种谐波减速器力矩标定机构 - Google Patents

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Abstract

一种谐波减速器力矩标定机构，它包括电机、传动轴一、传动轴二、传动轴三、扭矩传感器、负载槽轮、支撑座和位置传感器；电机、传动轴一、传动轴二和传动轴三同轴依次设置，电机的输出端通过传动轴一与待标定谐波减速器的输入端连接，待标定谐波减速器的输出端通过传动轴二与扭矩传感器连接，扭矩传感器通过传动轴三与位置传感器连接，传动轴一、传动轴二和传动轴三分别由支撑座支撑并能转动，传动轴三上还安装有负载槽轮。本发明可模块化设计，可实现电机堵转情况下静态测量，以及连续转动的动态分析。

Description

一种谐波减速器力矩标定机构
技术领域
本发明涉及一种康复机构，具体涉及一种双向运动均可控的刚柔的手指康复机构。
背景技术
目前，谐波减速器大量用于精密机器人减速中，但是作为机器人的主要减速、传动部件，谐波减速器的精确数学模型始终制约着整机的控制模型建立，精确的力矩标定是数学建模、控制系统搭建的关键。目前针对谐波减速器力矩标定的研究尚少，主要依靠材料力学的仿真建模和离线估计，无法体现制造和配合误差带来的影响，而作为精密传动部件，这些误差是造成控制不稳定的主要来源。
发明内容
本发明为克服现有技术不足，提供一种可综合标定的谐波减速器力矩标定机构。该标定机构可将堵转和连续转动情况下的输入输出做一个标定，可弥补目前控制领域把谐波减速器作为线性原件给控制系统造成不稳定不精确的问题。
一种谐波减速器力矩标定机构，它包括电机、传动轴一、传动轴二、传动轴三、扭矩传感器、负载槽轮、支撑座和位置传感器；
电机、传动轴一、传动轴二和传动轴三同轴依次设置，电机的输出端通过传动轴一与待标定谐波减速器的输入端连接，待标定谐波减速器的输出端通过传动轴二与扭矩传感器连接，扭矩传感器通过传动轴三与位置传感器连接，传动轴一、传动轴二和传动轴三分别由支撑座支撑并能转动，传动轴三上还安装有负载槽轮。
本发明相比现有技术的有益效果是：本发明可实现电机堵转情况下静态测量，以及连续转动的动态分析，可以将堵转和连续转动情况下的输入输出做一个标定，可以克服目前谐波减速器在控制系统中数学模型不明确，没法做精确控制的问题，可标定谐波减速器的加工、装配误差影响。综合标定谐波减速器的动态力矩和静态力矩关系。本发明可实现模块化设计，电机固定端、谐波减速器固定端、力矩检测、负载端、角度检测等均是可调整模块单元。可标定多种型号、精度的谐波减速器。
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：
附图说明
图1是从负载槽轮侧看的本发明的立体图；
图2是从电机侧看的本发明的立体图；
图3是本发明的俯视图；
图4是沿图3中A-A线的剖视图。
具体实施方式
参见图1和图2所示，本实施方式的一种谐波减速器力矩标定机构，它包括电机1、传动轴一2、传动轴二5、传动轴三8、扭矩传感器7、负载槽轮10、支撑座11和位置传感器12；电机1、传动轴一2、传动轴二5和传动轴三8同轴依次设置，电机1的输出端通过传动轴一2与待标定谐波减速器4的输入端连接，待标定谐波减速器4的输出端通过传动轴二5与扭矩传感器7连接，扭矩传感器7通过传动轴三8与位置传感器12连接，传动轴一2、传动轴二5和传动轴三8分别由支撑座11支撑并能转动，传动轴三8上还安装有负载槽轮10。谐波减速器4的波发生器作为输入，柔轮作为输出。负载槽轮10通过螺钉安装在传动轴三8上。
可通过增加定力矩负载杆9-2和负载槽轮10实现定扭矩静态负载和固定扭矩动态负载的标定。扭矩传感器7作为谐波减速器输出力矩的检测装置，位置传感器12检测待标定谐波减速器4输出位置和速度的动态信息，综合电机1的输入信息与待标定谐波减速器4的输出力矩之间的静态、动态传动关系。
定扭矩静态负载下堵转标定：如图1所示，所述谐波减速器力矩标定机构还包括轴套9-1、定力矩负载杆9-2和压力传感器13；轴套9-1固定在传动轴三8上，定力矩负载杆9-2一端插装在轴套9-1上，定扭矩静态测定时，定力矩负载杆9-2的另一端支撑在安装于支撑座11上的压力传感器13的端面上。此时，定力矩负载杆9-2与压力传感器13接触，电机1启动时，压力传感器13阻止定力矩负载杆9-2的转动，不可转动，同时测量一个方向的压力，可转化成扭矩，电机1处于堵转状态，根据扭矩传感器7返回数值测量电机1的输出力矩、待标定谐波减速器4的输出力矩、扭矩传感器7输出力矩的传动关系。压力传感器、位置传感器和扭矩传感器，一起实时向外传送数据。定力矩负载杆9-2以可插拔方式水平垂直插装在轴套9-1上。
固定扭矩动态负载下连续转动特性标定：如图2所示，负载槽轮10上绕有柔性绳14，柔性绳14的一端固定在负载槽轮10上，另一端安装有配重块15，配重块15竖直向下指向地心。此时，解除定力矩负载杆9-2的固定，从轴套9-1上拨出定力矩负载杆9-2，在负载槽轮10上增加柔性绳14，在电机1工作下，带动已知重量的配重块15运动，通过传动轴三8，位置传感器12检测负载槽轮10的连续转动，包括位置和速度，测量电机1持续转动、待标定谐波减速器4动态传动时与扭矩传感器7检测数值的对应关系。完成标定持续转动时候的动态特性。
作为一个示例：参见图1、图2和图4所示，所述支撑座11包括底座11-1和四个支撑板11-2；底座11-1上安装有竖向布置的四个支撑板11-2，电机1安装在第一个支撑板11-2上，传动轴一2的一端与电机1的输出端连接，另一端与待标定谐波减速器4的输入端连接，传动轴一2由安装在第二个支撑板11-2上的轴承3支撑，传动轴二5的一端与待标定谐波减速器4的输出端连接，另一端与扭矩传感器7连接，传动轴二5由安装在第三支撑板11-2上的轴承3支撑，传动轴三8的一端与扭矩传感器7连接，另一端由安装在第四支撑板11-2上的轴承3支撑，传动轴三8上设置有安装与第三个支撑板11-2上的位置传感器12。
优选地，如图4所示，所述支撑板11-2为L型板。L型板通过螺钉固定在底座11-1上。上述实施方式中位置传感器12可优选用角位移传感器或绝对式编码器。
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，当可以利用上述揭示的结构及技术内容做出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施案例，均仍属本发明技术方案范围。

Claims (3)

1.一种谐波减速器力矩标定机构，其特征在于：它包括电机(1)、传动轴一(2)、传动轴二(5)、传动轴三(8)、扭矩传感器(7)、负载槽轮(10)、支撑座(11)和位置传感器(12)；
电机(1)、传动轴一(2)、传动轴二(5)和传动轴三(8)同轴依次设置，电机(1)的输出端通过传动轴一(2)与待标定谐波减速器(4)的输入端连接，待标定谐波减速器(4)的输出端通过传动轴二(5)与扭矩传感器(7)连接，扭矩传感器(7)通过传动轴三(8)与位置传感器(12)连接，传动轴一(2)、传动轴二(5)和传动轴三(8)分别由支撑座(11)支撑并能转动，传动轴三(8)上还安装有负载槽轮(10)；谐波减速器(4)的波发生器作为输入，柔轮作为输出，还包括轴套(9-1)、定力矩负载杆(9-2)和压力传感器(13)；轴套(9-1)固定在传动轴三(8)上，定力矩负载杆(9-2)一端插装在轴套(9-1)上，定扭矩静态测定时，定力矩负载杆(9-2)的另一端支撑在安装于支撑座(11)上的压力传感器(13)的端面上，不可转动，压力传感器(13)测量一个方向的压力，综合标定电机(1)的输入信息与谐波减速器(4)的输出力矩之间的静态传动关系，所述位置传感器(12)为角位移传感器或绝对式编码器。
2.根据权利要求1所述一种谐波减速器力矩标定机构，其特征在于：所述支撑座(11)包括底座(11-1)和四个支撑板(11-2)；
底座(11-1)上安装有竖向布置的四个支撑板(11-2)，电机(1)安装在第一个支撑板(11-2)上，传动轴一(2)的一端与电机(1)的输出端连接，另一端与待标定谐波减速器(4)的输入端连接，传动轴一(2)由安装在第二个支撑板(11-2)上的轴承(3)支撑，传动轴二(5)的一端与待标定谐波减速器(4)的输出端连接，另一端与扭矩传感器(7)连接，传动轴二(5)由安装在第三支撑板(11-2)上的轴承(3)支撑，传动轴三(8)的一端与扭矩传感器(7)连接，另一端由安装在第四支撑板(11-2)上的轴承(3)支撑，传动轴三(8)上设置有安装与第三个支撑板(11-2)上的位置传感器(12)。
3.根据权利要求2所述一种谐波减速器力矩标定机构，其特征在于：所述支撑板(11-2)为L型板。
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