CN111631903B - 基于力传感器反馈的扭矩输出装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于康复医疗和体育健身设备领域；现有的施力器扭矩传感器的体积较大，结构复杂，不方便集成到肌力训练器，与电机输出轴连接需要联轴器，对机械安装精度有较高要求，本发明提供一种基于力传感器反馈的扭矩输出装置，通过固定板安装在机架上，输出力臂受到外部负载扭矩，异形安装法兰的上端圆柱将挤压或拉伸压块，并通过压块传递至力传感器，根据力矩平衡原理能够测出外部负载扭矩M的数值，控制器控制电机输出合适的扭矩和转速，简化输出力臂结构，减小施力器的轴向尺寸，且检测装置远离负载端，减小干扰，检测结果更准确。

Description

基于力传感器反馈的扭矩输出装置

技术领域

本发明属于康复医疗和体育健身设备领域，更具体的说，涉及一种基于力传感器反馈的扭矩输出装置。

背景技术

肌力的精确测量和科学训练对肌肉及运动神经的训练和康复非常重要，施力器作为测量和训练肌力的工具，广泛应用于医疗康复领域和体育健身领域，然而，现有的施力器普遍使用扭矩传感器来检测负载扭矩，扭矩传感器的体积较大，采用扭矩传感器而导致施力器轴向尺寸大，结构复杂，不方便集成到肌力训练器，与电机输出轴连接需要联轴器，而且对机械安装精度有较高要求。施力器的输出力臂处还需要和扭矩传感器相配合的精密电刷、导电滑环等结构，结构复杂且不便于安装或更换。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于力传感器反馈的扭矩输出装置，该发明主要用于对康复健身器材的外部负载扭矩的准确测量，使得电机可以根据测量的外部负载扭矩，选择输出合适的扭矩，对使用者的肌肉进行科学训练。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种具有自耦合功能的电流变弹性体减振器，

一种基于力传感器反馈的扭矩输出装置，扭矩输出装置通过固定板固定在机架上，包括负载传输单元和检测单元，负载传输单元包括电机和用于安装力传感器的异型安装法兰，异型安装法兰一面设置凸台，另一面的上下两端分别为上端圆柱和用于固定异型安装法兰的通孔，电机固定安装于异型安装法兰的凸台上，在上端圆柱同侧的异型安装法兰的中心位置连接减速器，减速器另一侧连接输出力臂；检测单元包括力传感器和固定板，力传感器上下两端通过螺钉分别连接压块与传感器座，压块远离力传感器的一端设置长槽，异型安装法兰的上端圆柱置于长槽内，传感器座连接在固定板上，并与异型安装法兰位于同侧，传感器座连接力传感器的一侧朝向固定板的边缘；固定板设置与固定轴的止口匹配的安装孔，固定轴与异型安装法兰位于固定板的同侧，固定轴为阶梯轴，固定轴的大端置于固定板的安装孔内，通过螺钉与固定板连接，固定轴穿过异型安装法兰的通孔形成异型安装法兰绕固定轴转动的铰链结构。

进一步，固定轴与异型安装法兰之间设置减磨套或滚动轴承。

进一步，固定轴的中端长度大于异型安装法兰的宽度。

进一步，固定轴的小端外侧设置与螺母匹配的外螺纹。

进一步，固定板中心设置减速器穿过的通孔。

进一步，压块的长槽的方向与固定轴的轴线平行。

综上所述，发明具有以下有益效果：

本发明采用的异型安装法兰利用特殊结构将所受到的负载扭矩通过压块传递至力传感器，在异型安装法兰处使用力传感器间接测量扭矩，扭矩测量操作简单，能够准确地测量施力器的外部负载扭矩；简化了输出力臂处的结构，由于使用力传感器间接测量扭矩，输出力臂处不需要和扭矩传感器相配合的电刷、滑环等结构，使用力传感器代替扭矩传感器，减小了现有施力器的轴向尺寸，使其便于集成到肌力训练器中，更好的进行扭矩输出；检测装置远离负载端，减小了其他因素的干扰，使得扭矩检测的结果更加准确。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的结构左视图。

图中：1-电机，2-异型安装法兰，3-力传感器，4-固定板，5-减速器，6-输出力臂，7-固定轴，8-减磨套，9-垫片，10-六角螺母，11-压块，12-传感器座，21-凸台，22-上端圆柱，71-大端，72-中端，73-小端。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1~2所示，本发明公开了一种基于力传感器反馈的扭矩输出装置，扭矩输出装置通过固定板4固定在所需安装扭矩输出设备的机架上，机架在附图中未画出，可在固定板4上钻孔将本发明固定于机架上，或选用其他本领域技术人员所知的连接方式将本发明固定于机架上，所选取的固定连接处不影响负载单元和检测单元的结构即可，在图1~2所示的实施例中，固定板4选用法兰，法兰外径大于异型安装法兰2，包括负载传输单元和检测单元，负载传输单元包括电机1和用于安装力传感器3的异型安装法兰2，异型安装法兰2一面设置凸台21，另一面的上下两端分别为上端圆柱22和用于固定异型安装法兰2的通孔，电机1固定安装于异型安装法兰2的凸台21上，在上端圆柱22同侧的异型安装法兰2的中心位置通过螺钉固定连接减速器5，减速器5另一侧通过螺钉固定连接输出力臂6。

检测单元包括力传感器3和固定板4，力传感器3上下两端通过螺钉分别连接压块11与传感器座12，压块11远离力传感器3的一端设置长槽，长槽的方向与固定轴7的轴线平行，异型安装法兰2的上端圆柱22置于长槽内，传感器座12连接在固定板4上，并与异型安装法兰2位于同侧，传感器座12连接力传感器3的一侧朝向固定板4的边缘。

固定板4中心设置减速器5穿过的通孔，固定板4设置与固定轴7的的止口匹配的安装孔，固定轴7与异型安装法兰2位于固定板4的同侧，固定轴7为阶梯轴，固定轴7的大端71置于固定板4的安装孔内，大端71通过螺钉与固定板4连接，固定轴7穿过异型安装法兰2的通孔形成异型安装法兰2绕固定轴7转动的铰链结构，固定轴7与异型安装法兰2之间设置减磨套8或滚动轴承，减磨套8或滚动轴承能够减小固定轴7与异型安装法兰2之间的摩擦，固定轴7的中端72的长度大于异型安装法兰2的宽度，使得垫片9和异型安装法兰2表面之间留有一定间隙，使得异型安装法兰2可绕固定轴7转动；固定轴7的小端73的外侧设置与螺母10匹配的外螺纹，拧上螺母10防止异型安装法兰2从固定轴7脱落，螺母10与异型安装法兰2之间增设垫片9。

训练人员使用本发明时，输出力臂6受到使用者施加的外部负载扭矩，由于负载传输单位未完全固定，异型安装法兰2的上端圆柱22将挤压或拉伸压块11，使得与输出力臂6连为一体的负载传输单元有绕异型安装法兰2中心轴线转动的趋势，根据力矩平衡原理，固定轴7产生的支座反力和异型安装法兰2的上端圆柱22产生的力关于异型安装法兰2中心轴线形成一个扭矩，用于平衡外部负载扭矩，异型安装法兰2的上端圆柱22产生的力从压块11传递给力传感器3，设力传感器3测得的力为F，支座反力和上端圆柱22产生的力F之间的距离为L，不计阻力，则输出力臂6受到的外部负载扭矩M=F▪L，由此便可测量出外部负载扭矩，力传感器3将测得的力F通过信号线传输至电机1的控制器，控制器中预先储存有支座反力和上端圆柱22产生的力F之间的距离L的精确值，将此值与测得的力F相乘，便得到外部负载扭矩M，根据外部负载扭矩M的数值，电机1的控制器中预先设置若干输出扭矩和转速。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于力传感器反馈的扭矩输出装置，其特征在于：所述扭矩输出装置通过固定板（4）固定在机架上，包括负载传输单元和检测单元，所述负载传输单元包括电机（1）和用于安装力传感器（3）的异型安装法兰（2），异型安装法兰（2）一面设置凸台（21），另一面的上下两端分别设置垂直于异型安装法兰（2）的上端圆柱（22）和用于固定异型安装法兰（2）的通孔，电机（1）固定安装于异型安装法兰（2）的凸台（21）上，在上端圆柱（22）同侧的异型安装法兰（2）的中心位置连接减速器（5），减速器（5）另一侧连接输出力臂（6）；

所述检测单元包括力传感器（3）和固定板（4），力传感器（3）上下两端通过螺钉分别连接压块（11）与传感器座（12），压块（11）远离力传感器（3）的一端设置长槽，异型安装法兰（2）的上端圆柱（22）置于长槽内，传感器座（12）连接在固定板（4）上，并与异型安装法兰（2）位于同侧，传感器座（12）连接力传感器（3）的一侧朝向固定板（4）的边缘；

所述固定板（4）设置与固定轴（7）的止口匹配的安装孔，固定轴（7）与异型安装法兰（2）位于固定板（4）的同侧，固定轴（7）为阶梯轴，固定轴（7）的大端（71）置于固定板（4）的安装孔内，通过螺钉与固定板（4）连接，固定轴（7）穿过异型安装法兰（2）的通孔形成异型安装法兰（2）绕固定轴（7）转动的铰链结构。

2.根据权利要求1所述的基于力传感器反馈的扭矩输出装置，其特征在于：所述固定轴（7）与异型安装法兰（2）之间设置减磨套（8）或滚动轴承。

3.根据权利要求1或2所述的基于力传感器反馈的扭矩输出装置，其特征在于：所述固定轴（7）的中端（72）长度大于异型安装法兰（2）的宽度。

4.根据权利要求1或2或3所述的基于力传感器反馈的扭矩输出装置，其特征在于：所述固定轴（7）的小端（73）外侧设置与螺母（10）匹配的外螺纹。

5.根据权利要求1所述的基于力传感器反馈的扭矩输出装置，其特征在于：所述固定板（4）中心设置减速器（5）穿过的通孔。

6.根据权利要求1所述的基于力传感器反馈的扭矩输出装置，其特征在于：所述压块（11）的长槽的方向与固定轴（7）的轴线平行。

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