CN113043301A - 一种力矩可调节传感装置和自锁型机械手 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种力矩可调节传感装置和自锁型机械手，包括主动轮、从动轮、指节、钢丝绳、力矩检测机构和力矩调节机构；主动轮和从动轮分别固定在指节的两端，钢丝绳依次绕设在主动轮和从动轮的外周，且在主动轮的驱动下带动从动轮转动；力矩检测机构和力矩调节机构固定在指节上，且设置在主动轮和从动轮之间；力矩检测机构包括弹性体、应变片和调节螺钉；弹性体的一端固定在指节上，另一端固定在调节螺钉上；弹性体中部的一侧开设有弧形豁口；应变片固定在弹性体上与弧形豁口相对的另一侧；调节螺钉设置在弹性体和力矩调节机构之间。测量精度高、灵敏度高、且适合狭小安装空间内的布局，并且可调节的力矩检测机构，可以对应变效果进行微调。

Description

一种力矩可调节传感装置和自锁型机械手

技术领域

本发明涉及机械手技术领域，尤其涉及一种力矩可调节传感装置和自锁型机械手。

背景技术

现有的自锁型机械手对力度的控制有着很高的需求，而且还要在狭小安装空间、高灵敏度及较高精度的要求下，基于单绳传动机构完成工作。

现有的方案中，大多是基于应变片的传感器多为直接测量型或者是不可调节的形式来实现测量。对于不可调节的形式来说，当传感器安装后，其应变与所测量力的关系已经固定，无法根据实际情况进行微调。对于直接测量型，其应变片粘贴在结构体表面。但由于结构体需要保证整体结构的刚性，所以在测量时，其采集信号过小，很难保证测量的灵敏度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种力矩可调节传感装置和自锁型机械手，旨在解决现有技术中不可调节的形式其应变与所测量力的关系已经固定，无法根据实际情况进行微调而直接测量型由于结构体需要保证整体结构的刚性，所以在测量时，其采集信号过小，很难保证测量的灵敏度的问题。

本发明实施例提供了一种力矩可调节传感装置，包括主动轮、从动轮、指节、钢丝绳、力矩检测机构和力矩调节机构；所述主动轮和所述从动轮分别固定在所述指节的两端，所述钢丝绳依次绕设在所述主动轮和所述从动轮的外周，且在所述主动轮的驱动下带动所述从动轮转动；所述力矩检测机构和所述力矩调节机构固定在所述指节上，且设置在所述主动轮和所述从动轮之间；所述力矩检测机构包括弹性体、应变片和调节螺钉；所述弹性体的一端固定在所述指节上，另一端固定在所述调节螺钉上；所述弹性体中部的一侧开设有弧形豁口；所述应变片固定在所述弹性体上与所述弧形豁口相对的另一侧；所述调节螺钉设置在所述弹性体和所述力矩调节机构之间。

于本发明的一实施例中，所述力矩调节机构包括放大卡板、滑块、固定架和两个调节杆组件；所述放大卡板固定在所述指节上；所述放大卡板上设置有滑槽，所述滑块设置在所述滑槽内，所述调节螺钉的一端固定在所述滑块上；所述固定架固定在所述放大卡板上；所述放大卡板和所述应变片电连接；两个所述调节杆组件上下对称设置且相向运动，所述调节杆组件的一端固定在所述滑块上，另一端固定在所述固定架上。

于本发明的一实施例中，所述调节杆组件包括第一连杆、第二连杆和球轴承；所述第一连杆的一端通过短销轴铰接在所述滑块上，所述第一连杆的另一端和所述第二连杆的一端通过长销轴相互铰接，所述第二连杆的另一端通过短销轴铰接在所述固定架上；所述球轴承设置在所述第一连杆的另一端和所述第二连杆的一端之间，且套设在所述长销轴上；所述钢丝绳绕设在所述球轴承上。

于本发明的一实施例中，所述第一连杆和所述球轴承之间设置有垫片。

于本发明的一实施例中，所述放大卡板和所述弹性体之间通过螺钉固定有绝缘片；所述绝缘片的两侧分别和所述放大卡板和所述弹性体相抵接。

于本发明的一实施例中，所述力矩检测机构还包括固定销；所述弹性体原理所述力矩调节机构的一端开设有固定槽，所述固定销穿过所述固定槽将所述弹性体的一端固定在所述指节上。

本发明还提供了一种自锁型机械手，包括上述的力矩可调节传感装置。

基于上述技术方案，本申请能够实现以下有益效果：

利用被测负载引起钢丝绳上的拉力变化，拉力引起弹性体的变形，导致被测处产生应变。本申请测量精度高、灵敏度高、且适合狭小安装空间内的布局，尤其适用于自锁型机械手，可以对其负载力矩实现精确测量。并且设计了可调节的力矩检测机构，可以对实际应变效果进行微调。此外，可调节的力矩检测机构，可以对不同指节的应变效果进行调节，在一定程度上保证了其力矩测量的一致性。

附图说明

图1显示为本发明力矩可调节传感装置的结构示意图。

图2显示为图1中力矩检测机构和力矩调节机构的结构示意图。

图3显示为图2中A-A面的剖视面的结构示意图。

图4显示为图2的俯视结构示意图。

元件标号说明：

1、主动轮；2、从动轮；3、指节；4、钢丝绳；5、力矩检测机构；6、力矩调节机构；7、短销轴；8、长销轴；9、垫片；10、绝缘片；11、螺钉；12、固定销；51、弹性体；52、应变片；53、调节螺钉；61、放大卡板；62、滑块；63、固定架；64、调节杆组件；641、第一连杆；642、第二连杆；643、球轴承。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

另外，还需要说明的是，本发明实施例中的左、右、上、下等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细的描述。

如图1至图4所示，图1显示为本发明力矩可调节传感装置的结构示意图。图2显示为图1中力矩检测机构和力矩调节机构的结构示意图。图3显示为图2中A-A面的剖视面的结构示意图。图4显示为图2的俯视结构示意图。本发明实施例提出了一种力矩可调节传感装置，包括主动轮1、从动轮2、指节3、钢丝绳4、力矩检测机构5和力矩调节机构6；所述主动轮1和所述从动轮2分别固定在所述指节3的两端，所述钢丝绳4依次绕设在所述主动轮1和所述从动轮2的外周，且在所述主动轮1的驱动下带动所述从动轮2转动；所述力矩检测机构5和所述力矩调节机构6固定在所述指节3上，且设置在所述主动轮1和所述从动轮2之间；所述力矩检测机构5包括弹性体51、应变片52和调节螺钉53；所述弹性体51的一端固定在所述指节3上，另一端固定在所述调节螺钉53上；所述弹性体51中部的一侧开设有弧形豁口；所述应变片52固定在所述弹性体51上与所述弧形豁口相对的另一侧；所述调节螺钉53设置在所述弹性体51和所述力矩调节机构6之间。

在本发明的一实施例中，所述力矩调节机构6包括放大卡板61、滑块62、固定架63和两个调节杆组件64；所述放大卡板61固定在所述指节3上；所述放大卡板61上设置有滑槽，所述滑块62设置在所述滑槽内，所述调节螺钉53的一端固定在所述滑块62上；所述固定架63固定在所述放大卡板61上；所述放大卡板61和所述应变片52电连接；两个所述调节杆组件64上下对称设置且相向运动，所述调节杆组件64的一端固定在所述滑块62上，另一端固定在所述固定架63上。进一步地，所述调节杆组件64包括第一连杆641、第二连杆642和球轴承643；所述第一连杆641的一端通过短销轴7铰接在所述滑块62上，所述第一连杆641的另一端和所述第二连杆642的一端通过长销轴8相互铰接，所述第二连杆642的另一端通过短销轴7铰接在所述固定架63上；所述球轴承643设置在所述第一连杆641的另一端和所述第二连杆642的一端之间，且套设在所述长销轴8上；所述钢丝绳4绕设在所述球轴承643上。

优选地，所述第一连杆641和所述球轴承643之间设置有垫片9。在球轴承643与第一连杆641之间安装垫片9，其作用为使得球轴承643外圈不与第一连杆641接触，确保转动灵活。滑块62上的滑槽与弹性体51所在的滑道配合，二者可相对滑动。调节螺钉53安装在弹性体51的螺纹内，当选择调节螺钉53时，其端面与滑块62端面接触，使得其沿着弹性体51的滑道移动，通过连杆传动，使得球轴承643向外运动，导致其中心距L变大。球轴承643外圈与绳传动的钢丝绳4接触，L增大会导致钢丝绳4的支撑角a增加。相应的钢丝绳4传递给力矩调节机构6的分力也会增加。

如图2所示，弧形豁口为应力集中结构，有效的增加了应变信号的强度。并且对于应变信号，采取就地放大的方式以减小外部信号的干扰。因此将放大板卡通过绝缘片10与螺钉11安装在弹性体51的背面。机械手手指指节3的末端负载增加时，导致从动轮2所受扭矩增加，从而使得钢丝绳4上的拉力增大。由于力矩调节结构的两个球轴承643分别与钢丝绳4接触，并使得钢丝绳4被撑起夹角a，所以钢丝绳4上的拉力会有分力作用在力矩调节机构6上，导致弹性体51上的弧形豁口产生应变，进而导致对应的应变片52粘贴处产生应变。此时，调节螺钉53的调节程度越高，则导致两个球轴承643中心距L增加，从而使得支撑角a越小，分力越大。因此可以通过旋转调节螺钉53，对力矩传感器进行微调。应变片52将应变转换成电压信号，信号经过放大板卡的放大电路后，成为可以被处理的电压信号。

通常为了保证放大卡板61的工作效果，所述放大卡板61和所述弹性体51之间通过螺钉11固定有绝缘片10；所述绝缘片10的两侧分别和所述放大卡板61和所述弹性体51相抵接。为了增强弹性体51的固定效果，所述力矩检测机构5还包括固定销12；所述弹性体51原理所述力矩调节机构6的一端开设有固定槽，所述固定销12穿过所述固定槽将所述弹性体51的一端固定在所述指节3上。

本发明还提供了一种自锁型机械手，包括上述的力矩可调节传感装置。具有自锁特性的机械手，在自锁状态下，无法感知末端载荷的变化，从而导致无法进行力控制的缺陷。因此，在此类机械手现有的绳传动机构的基础上，基于上述的可调节力矩传感装置，使得机械手具有力控制功能，并且提高了其控制精度、灵敏度及各个手指的力矩测量的一致性。具体的由于自锁型机械手采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

以上所述实施例，仅为本发明具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改、替换和改进等等，这些修改、替换和改进都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种力矩可调节传感装置，其特征在于，包括主动轮(1)、从动轮(2)、指节(3)、钢丝绳(4)、力矩检测机构(5)和力矩调节机构(6)；

所述主动轮(1)和所述从动轮(2)分别固定在所述指节(3)的两端，所述钢丝绳(4)依次绕设在所述主动轮(1)和所述从动轮(2)的外周，且在所述主动轮(1)的驱动下带动所述从动轮(2)转动；

所述力矩检测机构(5)和所述力矩调节机构(6)固定在所述指节(3)上，且设置在所述主动轮(1)和所述从动轮(2)之间；

所述力矩检测机构(5)包括弹性体(51)、应变片(52)和调节螺钉(53)；

所述弹性体(51)的一端固定在所述指节(3)上，另一端固定在所述调节螺钉(53)上；所述弹性体(51)中部的一侧开设有弧形豁口；所述应变片(52)固定在所述弹性体(51)上与所述弧形豁口相对的另一侧；所述调节螺钉(53)设置在所述弹性体(51)和所述力矩调节机构(6)之间。

2.根据权利要求1所述的力矩可调节传感装置，其特征在于，所述力矩调节机构(6)包括放大卡板(61)、滑块(62)、固定架(63)和两个调节杆组件(64)；所述放大卡板(61)固定在所述指节(3)上；所述放大卡板(61)上设置有滑槽，所述滑块(62)设置在所述滑槽内，所述调节螺钉(53)的一端固定在所述滑块(62)上；所述固定架(63)固定在所述放大卡板(61)上；所述放大卡板(61)和所述应变片(52)电连接；

两个所述调节杆组件(64)上下对称设置且相向运动，所述调节杆组件(64)的一端固定在所述滑块(62)上，另一端固定在所述固定架(63)上。

3.根据权利要求2所述的力矩可调节传感装置，其特征在于，所述调节杆组件(64)包括第一连杆(641)、第二连杆(642)和球轴承(643)；

所述第一连杆(641)的一端通过短销轴(7)铰接在所述滑块(62)上，所述第一连杆(641)的另一端和所述第二连杆(642)的一端通过长销轴(8)相互铰接，所述第二连杆(642)的另一端通过短销轴(7)铰接在所述固定架(63)上；所述球轴承(643)设置在所述第一连杆(641)的另一端和所述第二连杆(642)的一端之间，且套设在所述长销轴(8)上；所述钢丝绳(4)绕设在所述球轴承(643)上。

4.根据权利要求3所述的力矩可调节传感装置，其特征在于，所述第一连杆(641)和所述球轴承(643)之间设置有垫片(9)。

5.根据权利要求2所述的力矩可调节传感装置，其特征在于，所述放大卡板(61)和所述弹性体(51)之间通过螺钉(11)固定有绝缘片(10)；所述绝缘片(10)的两侧分别和所述放大卡板(61)和所述弹性体(51)相抵接。

6.根据权利要求1-5任一项所述的力矩可调节传感装置，其特征在于，所述力矩检测机构(5)还包括固定销(12)；所述弹性体(51)远离所述力矩调节机构(6)的一端开设有固定槽，所述固定销(12)穿过所述固定槽将所述弹性体(51)的一端固定在所述指节(3)上。

7.一种自锁型机械手，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的力矩可调节传感装置。

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