CN113146659B - 扭矩检测设备及方法、机器人、物品制造方法、控制设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及扭矩检测设备及方法、机器人、物品制造方法、控制设备。该扭矩检测设备包括：第一部；被布置在所述第一部的内侧的第二部；以及被构造为连接所述第一部与所述第二部的连接部。所述第一部包括朝向所述第二部凸出的第一凸部。所述第二部包括朝向所述第一部凸出的第二凸部。所述第一部的内表面和所述第一凸部的表面连接到所述连接部。所述第二部的外表面和所述第二凸部的表面连接到所述连接部。在施加扭矩时，所述连接部变形，并且所述第一部和所述第二部相对于彼此移位。

Description

扭矩检测设备及方法、机器人、物品制造方法、控制设备

技术领域

本发明涉及扭矩检测。

背景技术

近年来，随着在工厂等生产现场对工业产品的机械加工和组装作业的自动化的增加，对具有能够进行通用操作的多关节臂的机器人的需求正在增加。要求机器人比以往任何时候都更灵活地移动，以进行各种类型的工作，包括例如组装精密机器的复杂工作，机器人与工人进行协作的协作工作，以及机器人辅助人进行医疗和护理服务的辅助工作。为了实现这种灵活的动作，力控制功能对于使机器人适应外力至关重要。因此，需要精确地检测施加到机器人臂的关节的扭矩。

为了检测施加到机器人臂的关节的扭矩，可以在机器人臂的关节中安装扭矩传感器。特别地，在机器人臂进行上述复杂工作(例如组装工作)的情况下，要求扭矩传感器具有高精度和高刚度。除此之外，由于安装扭矩传感器的空间的大小受限，因此要求安装在机器人臂上的扭矩传感器很薄。

日本特开第2018-91813号专利公报公开了一种包括Cr-N薄膜抵抗构件(应变感测膜)并且用作扭矩传感器的检测元件的应变仪。该扭矩传感器具有内部环状构件和外部环状构件经由板状应变产生构件而彼此连结的构造，并且通过使用该应变仪检测各个应变产生构件的位移，来检测施加在环状构件的圆周方向上的力(扭矩)。

然而，在日本特开第2018-91813号专利公报中公开了结构的扭矩传感器在除扭矩检测方向以外的方向上，即在非检测方向上，具有较小的刚度。因此，如果在非检测方向上施加力，则可能损坏应变产生构件或应变产生构件与环状构件之间的连接部。

为了确保抵抗施加在非检测方向上的力的机械强度，可以在环状部中额外布置诸如轴承等的导向机构。但是，如果布置导向机构，则扭矩传感器会检测出导向机构的滑动阻力，从而有可能使有效扭矩的检测精度劣化。

因此，期望实现一种具有高检测精度并且确保机械强度足以抵抗在非检测方向上施加的力的扭矩传感器。

发明内容

根据本公开的第一方面，提供一种扭矩检测设备，该扭矩检测设备包括：第一部；被布置在所述第一部的内侧的第二部；以及被构造为连接所述第一部与所述第二部的连接部。所述第一部包括朝向所述第二部凸出的第一凸部。所述第二部包括朝向所述第一部凸出的第二凸部。所述第一部的内表面和所述第一凸部的表面连接到所述连接部。所述第二部的外表面和所述第二凸部的表面连接到所述连接部。在施加扭矩时，所述连接部变形，并且所述第一部和所述第二部相对于彼此移位。

根据本公开的第二方面，提供一种扭矩检测设备的扭矩检测方法，该扭矩检测方法包括依据第一部与第二部之间的相对位移来检测扭矩。所述扭矩检测设备包括：第一部；被布置在所述第一部的内侧的第二部；以及被构造为连接所述第一部与所述第二部的连接部。所述第一部包括朝向所述第二部凸出的第一凸部。所述第二部包括朝向所述第一部凸出的第二凸部。所述第一部的内表面和所述第一凸部的表面连接到所述连接部。所述第二部的外表面和所述第二凸部的表面连接到所述连接部。在施加扭矩时，所述连接部变形，并且所述第一部和所述第二部相对于彼此移位。

通过以下参照附图对示例性实施例的描述，本发明的其他特征将变得清楚。

附图说明

图1A是实施例的扭矩传感器单元的仰视图。

图1B是本实施例的扭矩传感器单元的侧视图。

图2是本实施例的扭矩传感器单元的俯视图。

图3是本实施例的扭矩传感器单元的结构的外观图。

图4A是沿图3的线A-A截取的第一实施例的结构的截面图。

图4B是沿图3的线B-B截取的第一实施例的结构的截面图。

图5是例示安装有本实施例的扭矩传感器单元的机器人的外观的透视图。

图6是安装有本实施例的扭矩传感器单元的关节的截面图。

图7例示了安装有本实施例的扭矩传感器单元的机器人的控制设备的构造。

图8A是沿着图3的线A-A截取的第二实施例的结构的截面图。

图8B是沿着图3的线B-B截取的第二实施例的结构的截面图。

图9A是沿着图3的线A-A截取的第三实施例的结构的截面图。

图9B是沿着图3的线B-B截取的第三实施例的结构的截面图。

图10A是沿着图3的线A-A截取的第四实施例的结构的截面图。

图10B是沿着图3的线B-B截取的第四实施例的结构的截面图。

图11A是沿着图3的线A-A截取的第五实施例的结构的截面图。

图11B是沿着图3的线B-B截取的第五实施例的结构的截面图。

具体实施方式

接下来，将参照附图描述本发明实施例的扭矩检测设备、通过使用该扭矩检测设备来控制装置的控制设备、包括该扭矩检测设备的机器人等。

在下文中，在以下实施例的描述中所参照的附图中，除非另有说明，否则具有相同附图标记的部件被赋予相同的功能。

第一实施例

扭矩传感器单元的结构

将参照一些附图描述第一实施例的扭矩传感器单元。

图1A是扭矩传感器单元20的仰视图，图1B是扭矩传感器单元20的侧视图，图2是扭矩传感器单元20的俯视图。扭矩传感器单元20包括结构1和检测结构1的变形的光学编码器10。

图3是例示结构1的外观的透视图。

结构1包括用作第一部的外圈部2、用作第二部的内圈部3以及将外圈部2与内圈部3连接起来的连接部4。外圈部2和内圈部3具有直径不同的甜甜圈形(圈形)的基本形状，并且围绕旋转轴14同轴地形成。

外圈部2和内圈部3可以固定到要被测量扭矩的对象上。例如，如稍后要参照图6所描述的，当扭矩传感器单元20被附接到作为待测对象的旋转关节时，外圈部2被紧固到连杆125和减速齿轮固定部31b中的一者，并且内圈部3被固定到另一者。

连杆125和减速齿轮固定部31b相对于彼此移位。如图1A所示，外圈部2和内圈部3中的各个具有沿圆周形成的、并用于将外圈部2或内圈部3紧固到相应的待测对象的多个固定部(例如，螺孔(screwholes)或螺塞孔(tapholes))。

当从旋转轴14观察时，连接外圈部2与内圈部3的连接部4在外圈部2的内表面和内圈部3的外表面彼此相向的空间中径向延伸。换句话说，多个连接部4沿着外圈部2的径向而径向地布置。

如果在外圈部2与内圈部3之间施加待检测的扭矩或绕旋转轴14施加的扭矩Mz，则各个连接部4都在与外圈部2的径向正交的方向上弹性变形。优选地，作为应变产生构件的连接部4是由弹性材料制成的板簧。

优选地，通过在切割工艺等中切割基材来将结构1制成一体结构。然而，结构1可以通过在三维建模中使用各种3D打印机中的任何一种来制作，或者可以通过将外圈部2、内圈部3和连接部4制备为分立的构件，并且通过将它们组合为一体结构来制作。结构1的连接部4由具有与目标扭矩检测范围对应的弹性(弹簧)系数和目标扭矩检测范围所需的分辨率的预定材料制成，例如树脂或金属(例如钢或不锈钢)。

图4A是沿图3的线A-A截取的结构1的截面图。线A-A指示外圈部2的半径方向，在该半径上未形成任何连接部4。图4B是沿图3的线B-B截取的结构1的截面图。

线B-B指示外圈部2的半径方向，在该半径上形成有连接部4。

如图4A所示，外圈部2和内圈部3中的各个的横截面大致为L形。外圈部2包括凸缘部(第一凸部)60和具有预定厚度的筒状部(第一筒状部)。凸缘部60从筒状部的内表面5朝向旋转轴14凸出L1。内圈部3包括凸缘部(第二凸部)80和具有预定厚度的筒状部(第二筒状部)。凸缘部80从筒状部的外表面7朝向与旋转轴14相反的方向凸出L2。外圈部2的筒状部的内表面5和内圈部3的筒状部的外表面7彼此间隔开距离L。此外，凸缘部60的侧面和凸缘部80的侧面以距离为L3的间隙彼此相对。凸缘部60和80可以是在与旋转轴14正交的方向上从相应的筒状部凸出的凸部，或者可以是附加地形成在相应圈部上的凸缘部。换句话说，凸缘部60可以是从筒状部朝向外圈部2的中心凸出的凸部，而凸缘部80可以是从筒状部朝向与内圈部3的中心相反的方向凸出的凸部。

如图4B所示，连接部4连接到外圈部2，使得连接部4连接到筒状部的内表面5和凸缘部60的顶面6。此外，连接部4连接到内圈部3，使得连接部连接到筒状部的外表面7和凸缘部80的顶面8。连接部4分别形成为桥状，以便跨过距离为L3并将凸缘部60和80彼此隔开的间隙，并且将外圈部2和内圈部3连接。此外，各个连接部4在与凸缘部60和80之间的间隙相对应的位置处形成有切除部9。

注意，在图4B中，为了便于理解该结构，外圈部2、内圈部3和连接部4的横截面具有不同的纹理，并且清楚地示出了相邻横截面之间的边界。然而，在通过切割基材或通过在三维建模中使用3D打印机将结构1形成为一体结构的情况下，可能无法在视觉上识别实际相邻横截面的边界。

接下来，将参照图1B和图2描述光学编码器10。光学编码器10检测在外圈部2和内圈部3之间施加绕旋转轴14的扭矩Mz时产生的结构1的变形。当在外圈部2和内圈部3之间施加绕旋转轴14的扭矩Mz时，各个连接部4在与外圈部2的径向正交的方向上弹性变形。结果，外圈部2和内圈部3相对于彼此旋转并移位。光学编码器10定量地检测旋转和位移。

光学编码器10用作光学位置传感器(编码器)，并且包括刻度盘13和检测头12。刻度盘13具有形成在刻度盘13的表面上的刻度图案，并且检测头12读取该刻度图案并检测位置信息。检测头12是检测外圈部2与内圈部3之间的相对旋转和位移的光学检测部。

刻度盘13固定在结构1的外圈部2上，检测头12经由检测头附接部11固定在结构1的内圈部3上。

检测头12是光学传感器，其包括发光元件和光接收元件，并且使发光元件向刻度盘13的刻度图案发射光，且使光接收元件检测从刻度图案反射的光。如图1B所示，检测头12被布置成面向刻度盘13。

形成在刻度盘13上的刻度图案是规则的或调制的图案，其中颜色的阴影或表面上的反射率被改变，使得该图案可以被检测头12光学地读取。注意，刻度图案可以不形成在一条线上。例如，如果检测的计算方法要求，则刻度图案可以是形成在多条线上的阴影图案。在这种情况下，一条线的配置相位可以与另一条线的配置相位不同。例如根据位置检测所需的分辨率来确定刻度图案的间距。由于最近提高了编码器的精度和分辨率，因此可以将微米级的间距用于刻度图案。

接下来，将描述由扭矩传感器单元20进行的扭矩检测。当绕旋转轴14施加扭矩Mz，并且结构1的连接部4中的各个在与外圈部2的径向正交的方向上弹性变形时，外圈部2和内圈部3彼此旋转并移位。由于检测头12相对于刻度盘13的位置改变，因此刻度盘13上的被光照射的点在刻度盘13上移动。当被光照射的刻度盘13上的点在刻度盘13的图案上移动时，由光接收元件接收的光量改变。根据光量的变化，光学编码器10检测刻度盘13与检测头12之间的相对移动量，即，外圈部2与内圈部3之间的相对移动量。

所检测到的移动量被扭矩检测控制部转换为施加在结构1的外圈部2与内圈部3之间的扭矩值。扭矩检测控制部通过使用转换系数将移动量转换为扭矩检测值，该转换系数用于将来自光学编码器10的输出值(即移动量)转换为扭矩值。扭矩检测控制部可以通过由CPU 201执行的扭矩检测程序或通过诸如PLC等的硬件部件来实现。

以上述方式，扭矩传感器单元20在布置有扭矩传感器单元20的设备(例如，机器人的关节)中检测绕旋转轴14施加的扭矩Mz。

在本实施例中，与常规技术不同，外圈部2和内圈部3不形成为具有恒定厚度的圆筒。替代地，外圈部2和内圈部3中的各个都具有在与旋转轴14正交的方向上凸出的凸缘部，并且在横截面上大致为L形。具体地，外圈部2包括具有预定厚度的筒状部，以及从筒状部的内表面5朝向旋转轴14凸出L1的凸缘部60。另外，内圈部3包括具有预定厚度的筒状部和从筒状部的外表面7朝向与旋转轴14相反的方向凸出L2的凸缘部80。

在外圈部和内圈部是具有恒定厚度的圆筒的常规扭矩传感器中，如果施加除了绕旋转轴施加的扭矩之外的力(例如，图1B所示的并且绕X轴线施加的力Mx)，则扭矩传感器容易变形或损坏。因此，在常规的扭矩传感器中需要诸如轴承等的导向机构。

与此相对，在本实施例中，由于外圈部2和内圈部3具有凸缘部，因此本实施例的扭矩传感器具有高机械刚度，抵抗在绕旋转轴14施加扭矩Mz的方向以外的方向上施加的力。因此，在本实施例的扭矩传感器中几乎不发生变形和损坏。

此外，在常规的扭矩传感器中，应变产生构件连接到具有恒定厚度的筒状外圈部，使得应变产生构件仅连接到外圈部的内表面，并且连接到具有恒定厚度的筒状内圈部使得应变产生构件仅连接至内圈部的外表面。

即，应变产生构件仅沿着与旋转轴平行的线与外圈部和内圈部连接。在这种情况下，由于应变产生构件与外圈部之间的连接强度以及应变产生构件与内圈部之间的连接强度不高，因此绕旋转轴的容许扭矩(实测扭矩)的上限无法增加。此外，如果施加除了绕旋转轴施加的扭矩以外的力(例如，图1B所示且沿X轴施加的力Mx)，则在应变产生构件与外圈部之间的边界和应变产生构件与内圈部之间的边界容易发生损坏。

但是，在本实施例中，用作应变产生构件的板状连接部4连接到外圈部2，使得连接部4连接于筒状部的内表面5和凸缘部60的顶面6，并且连接到内圈部3，使得连接部4连接到筒状部的外表面7和凸缘部80的顶面8。即，本实施例的连接部4与外圈部2连接，使得连接部4不仅连接到筒状部的侧面，还连接到凸缘部的顶面，并且连接部4与内圈部3连接，使得不仅连接到筒状部的侧表面，还连接到凸缘部的顶面。换句话说，连接部4不仅沿着与旋转轴平行的线(侧)、还沿着与旋转轴正交的线(侧)与外圈部2和内圈部3连接。因此，本实施例的扭矩传感器具有高连接强度，抵抗绕旋转轴14施加的扭矩Mz和在除施加扭矩Mz的方向以外的方向上施加的力。因此，在连接部4与外圈部2之间的边界，以及在连接部4与内圈部3之间的边界几乎不发生变形和损伤。

此外，在本实施例中，连接部4各自形成为桥状，以便跨过距离为L3的间隙，并使凸缘部60和80彼此分离，并连接外圈部2和内圈部3。各个连接部4在与凸缘部60和80之间的间隙相对应的位置处形成有切除部9。如果施加除了绕旋转轴施加的扭矩以外的力(例如，图1B中示出的并且绕X轴施加的力Mx)，则应力可能局部集中在各个连接部4的与间隙交叉的部分上。然而，切除部9能够防止应力集中在该部分上，从而可以防止连接部4的损坏。考虑检测方向上的刚度和非检测方向上的刚度之间的平衡，可以适当地确定切除部9的尺寸和形状。

本实施例能够提供一种如下的扭矩传感器，即使结构1的厚度H减小，该扭矩传感器也具有高检测精度并且在非检测方向上保持足够的刚度。

扭矩传感器单元的具体示例

接下来，将描述本实施例的优选的具体示例。在扭矩传感器单元20的结构1中，外直径D设定为68mm，旋转轴方向上的厚度H设定为12mm，内直径d设定为16mm。在各个连接部4中，厚度t设定为1.2mm，长度L设定为12.5mm，宽度H1设定为8mm。另外，外圈部2的凸缘部60从筒状部凸出的长度，即，凸缘部60在与旋转轴14正交的方向上的长度L1设定为4.3mm。内圈部3的凸缘部80从筒状部凸出的长度，即凸缘部80在与旋转轴14正交的方向上的长度L2设定为4.7mm。在各个连接部4中形成的切除部9中，旋转轴方向上的长度H2设定为4.25mm，并且与旋转轴正交的方向上的长度设定为3.5mm。注意，切除部9在与旋转轴正交的方向上的长度等于将凸缘部60和80彼此分开的距离L3。通过切割由SUS630制成的基材形成结构1。

在该示例中，关于检测方向上的刚度的测量结果为25,000Nm/rad，并且关于非检测方向上的刚度的测量结果为125,000Nm/rad。

非检测方向上的刚度是检测方向上的刚度的五倍。

在不具有凸缘部的常规扭矩传感器中，当扭矩传感器在旋转轴方向上具有与上述示例相同的外直径D、内直径d和厚度H时，在检测方向上的刚度为25,000Nm/rad，非检测方向的刚度为88,000Nm/rad。结果，证实了与常规扭矩传感器相比，该示例的扭矩传感器在非检测方向上的刚度提高了42％。

机器人

接下来，将描述包括上述扭矩传感器单元的机器人。

图5是示意性地例示安装有第一实施例的扭矩传感器单元的机器人500的外观的透视图。如图5所示，机器人500包括将工件W组装成产品的多关节机器人臂100、控制多关节机器人臂100的控制设备200以及连接至该控制设备200的示教器300。

多关节机器人臂100包括六轴控制机器人臂101和连接到机器人臂101的一端的手(末端执行器)102。

机器人臂101包括：固定到工作台的基部103、传递位移和力的多个连杆121至126、以及将多个连杆121至126可枢转或可旋转地彼此连接的多个关节111至116。此外，关节111至116中的各个包括检测施加至关节的扭矩的扭矩传感器单元。

图6是图5所示的机器人臂101的关节116的截面图。关节116包括作为结构构件的连杆125和126、伺服电机30、减小伺服电机30的输出的应变波齿轮减速装置31以及检测关节的扭矩的扭矩传感器单元20。如图6所示，连杆125经由扭矩传感器单元20和应变波齿轮减速装置31链接至连杆126。

伺服电机30是电磁电机，并且可以是无刷直流电机或交流伺服电机。伺服电机30经由螺栓等紧固到连杆125，并且来自伺服电机30的动力被传递到应变波齿轮减速装置31的减速装置输入轴31a。输入轴编码器30a安装在伺服电机30的旋转轴上。输入轴编码器30a根据伺服电机30的旋转而生成输入侧脉冲信号，并将该输入侧脉冲信号输出至控制设备200。注意，可以根据需要在伺服电机30和输入轴编码器30a之间布置制动单元，以在断电时维持机器人臂101的姿势。输入轴编码器30a可以是光学编码器或磁性编码器，例如通用旋转编码器。

应变波齿轮减速装置31包括从伺服电机30接收动力的减速装置输入轴31a、保持减速装置的构件的减速装置固定部31b以及输出扭矩的、被减速的减速装置输出轴31c。减速装置输入轴31a包括椭圆形凸轮和弹性轴承。环形的减速装置固定部31b的内周部Y1和作为弹性构件的杯状的减速装置输出轴31c的外周部Z1具有齿。内周部Y1的齿数与外周部Z1的齿数彼此不同，内周部Y1的齿与外周部Z1的齿相互啮合。当椭圆形减速装置输入轴31a通过伺服电机30而旋转时，作为弹性构件的减速装置输出轴31c椭圆形地变形，并且减速装置输出轴31c与减速装置固定部31b在减速装置输出轴31c的椭圆形的长轴的两端相互啮合。

连杆125经由螺栓等紧固到扭矩传感器单元20的外圈部2，减速装置固定部31b经由螺栓等紧固到扭矩传感器单元20的内圈部3。减速装置输出轴31c经由螺栓等紧固在连杆126上，减速装置固定部31b与减速装置输出轴31c经由交叉滚子轴承彼此连接。因此，当减速装置输入轴31a通过来自伺服电机30的动力而旋转时，减速装置输出轴31c以椭圆形变形的同时与减速装置固定部31b啮合，并且连杆126相对于连杆125和扭矩传感器单元20旋转。

如前所述，扭矩传感器单元20使光学编码器检测结构的变形量，并将变形量转换为扭矩值。另外，扭矩传感器单元20布置在连杆125与减速装置固定部31b之间，并且检测施加至关节的扭矩。

如上所述，在关节116中，来自伺服电机30的输入扭矩被传递至减速装置输入轴31a。伺服电机30的转速通过减速单元减小到伺服电机30的转速的1/N，并且输出扭矩从减速装置输出轴31c被输出到连杆126。

图7例示了安装了本实施例的扭矩传感器单元的机器人500的控制设备200的构造。如图7所示，用作控制单元的控制设备200包括CPU(计算单元)201、ROM 202、RAM 203、HDD(存储单元)204、记录盘驱动器205以及各种接口211至216。

CPU 201经由总线217分别与ROM 202、RAM 203、HDD 204、记录盘驱动器205和各种接口211至216连接。ROM 202存储诸如BIOS等的基本程序。RAM 203是临时存储由CPU 201进行的计算处理的结果的存储设备。

HDD 204是非暂时存储包括由CPU 201进行的计算处理的结果的各种类型的数据的存储单元。此外，HDD 204存储使CPU 201执行各种类型的计算处理的程序330。CPU 201根据在作为记录介质的HDD 204中记录(存储)的程序330来执行各种类型的计算处理。记录盘驱动器205能够读取存储在记录盘331中的各种类型的数据和程序。

接口211与用户可操作的示教器300连接。示教器300经由接口211和总线217将关节111至116的目标关节角度(由用户输入)输出至CPU201。

接口212与扭矩传感器单元20连接。扭矩传感器单元20经由接口212和总线217将前述扭矩检测值输出至CPU 201。接口213与输入轴编码器30a连接。输入轴编码器30a经由接口213和总线217将前述脉冲信号输出至CPU 201。

接口214与显示各种图像的监视器311连接；接口215与诸如可重写非易失性存储器或外部HDD等的外部存储器312连接。接口216与伺服控制设备313连接。伺服控制设备313依据输入的扭矩命令值控制伺服电机30，以使关节111至116的扭矩检测值变得等于扭矩命令值。即，CPU 201经由总线217和接口216以预定间隔，将用于驱动伺服电机30并指示对伺服电机30的旋转角度的控制量的指令数据输出到伺服控制设备313。

依据从CPU 201发送的驱动指令，伺服控制设备313计算要提供给伺服电机30的电流量，将电流供应给伺服电机30，从而对机器人臂101的关节111至116进行关节角度控制。即，CPU 201经由伺服控制设备313控制伺服电机30，并且使伺服电机30驱动和控制关节111至116，以使关节111至116的扭矩检测值(即，来自扭矩传感器单元的输出信号)变得等于目标扭矩值。手102包括能够保持工件W的多个手指以及驱动多个手指的致动器(未例示)。因此，通过多个手指被驱动，手102可以保持工件。

本实施例的扭矩传感器单元紧凑并具有高测量精度。由于包括扭矩传感器单元的机器人500能够以高精度进行力控制，因此机器人500能够进行诸如精密设备的组装等的高度作业(a high degree of work)。即，机器人500能够通过使用扭矩传感器单元的检测结果，来适当地进行诸如将工件W组装为产品等的产品制造方法。

第二实施例

接下来，将参照图8A和图8B描述第二实施例的扭矩传感器单元。在第一实施例中，外圈部2和内圈部3不形成为具有恒定厚度的圆筒状。替代地，外圈部2和内圈部3中的各个都具有在与旋转轴14正交的方向上凸出的凸缘部，并且在横截面上大致为L形。

第二实施例与第一实施例的相同之处在于，外圈部2和内圈部3均具有在与旋转轴14正交的方向上凸出的凸缘部。但是，第二实施例与第一实施例的不同之处在于凸缘部的形状。在第二实施例的以下描述中，将简化或省略对与第一实施例相同的特征的描述。

第二实施例的图8A和图8B分别对应于第一实施例的图4A和图4B。图8A是沿图3中的线A-A截取的结构1的截面图。线A-A指示外圈部2的半径方向，在该半径上未形成任何连接部4。图8B是沿图3的线B-B截取的结构1的截面图。线B-B指示外圈部2的半径方向，在该半径上形成有连接部4。

如图8A所示，外圈部2和内圈部3中的各个的横截面也大致为L形。外圈部2包括筒状部(第一筒状部)和凸缘部(第一凸部)60。凸缘部60从筒状部的内表面5朝向旋转轴14凸出。内圈部3包括筒状部(第二筒状部)和凸缘部(第二凸部)80。凸缘部80从筒状部的外表面7朝向与旋转轴14相反的方向凸出。换句话说，凸缘部60可以是从筒状部朝向外圈部2的中心凸出的凸部，并且凸缘部80可以是从筒状部朝向与内圈部3的中心相反的方向凸出的凸部。

如图8A和图8B所示，本实施例与第一实施例的不同之处在于外圈部2和内圈部3的截面形状。在第一实施例中，如图4A和图4B所示，外圈部2和内圈部3中的各个的截面形状有六个角，并且是两个矩形相结合的多边形。然而在本实施例中，外圈部2和内圈部3中的各个的截面形状为具有七个角的多边形。因此，在第一实施例中，在图4B中各个连接部4连接到外圈部2的两个侧面和内圈部3的两个侧面；在本实施例中，在图8B中各个连接部4连接到外圈部2的三个侧面和内圈部3的三个侧面。

同样在本实施例中，由于外圈部2和内圈部3具有凸缘部，因此本实施例的扭矩传感器具有高机械刚度，抵抗在除绕旋转轴14施加了扭矩Mz的方向以外的方向上施加的力。因此，在本实施例的扭矩传感器中难以发生变形和损坏。

此外，同样在本实施例中，连接部4不仅沿着与旋转轴平行的线(侧)，还沿着方向与旋转轴交叉的线(侧)连接到外圈部2和内圈部3。因此，本实施例的扭矩传感器具有高连接强度，抵抗绕旋转轴14施加扭矩Mz和在除施加了扭矩Mz的方向以外的方向上施加的力。因此，在连接部4和外圈部2之间的边界以及连接部4和内圈部3之间的边界中几乎不会发生变形和损坏。

如果除了绕旋转轴施加的力矩之外还施加了力(例如，图1B中例示的且绕X轴施加的力Mx)，则应力可能在穿过间隙的各个连接部4的部分上局部地集中。然而，切除部9能够防止应力在该部分上集中，从而能够防止连接部4的损坏。

因此，本实施例能够提供如下的扭矩传感器，即使在结构1的厚度减小的情况下，其也具有高检测精度并且在非检测方向上保持足够的刚度。

第三实施例

接下来，将参照图9A和图9B描述第三实施例的扭矩传感器单元。在第一实施例中，外圈部2和内圈部3不形成为具有恒定厚度的圆筒状。替代地，外圈部2和内圈部3中的各个具有在与旋转轴14正交的方向上凸出的凸缘部，并且外圈部2和内圈部3中的各个的横截面大致为L形。

第三实施例与第一实施例的相同之处在于外圈部2和内圈部3中的各个具有在与旋转轴14正交的方向上凸起的凸缘部。然而，第三实施例与第一实施例的不同之处在于筒状部的形状。在第三实施例的以下描述中，将简化或省略与第一实施例相同的特征的描述。

第三实施例的图9A和图9B分别与第一实施例的图4A和图4B对应。图9A是沿图3的线A-A截取的结构1的截面图。线A-A指示外圈部2的半径方向，并且在该半径上不形成任何连接部4。图9B是沿图3的线B-B截取的结构1的截面图。线B-B指示外圈部2的半径方向，并且在该半径上形成有连接部4。

如图9A所示，外圈部2和内圈部3中的各个的横截面大致为L形。外圈部2包括筒状部(第一筒状部)和凸缘部(第一凸部)60。凸缘部60从筒状部的内表面5朝向旋转轴14凸出。内圈部3包括筒状部(第二筒状部)和凸缘部(第二凸部)80。凸缘部80从筒状部的外表面7朝向与旋转轴14相反的方向凸出。换句话说，凸缘部60可以是从筒状部朝向外圈部2的中心凸出的凸部，并且凸缘部80可以是从筒状部朝向与内圈部3的中心相反的方向凸出的凸部。

如图9A和图9B所示，本实施例与第一实施例的不同之处在于外圈部2和内圈部3的截面形状。在第一实施例中，如图4A和图4B所示，外圈部2和内圈部3中的各个包括具有恒定厚度的筒状部和从筒状部凸出的凸缘部。

然而，在本实施例中，外圈部2和内圈部3中的各个的筒状部的厚度不是恒定的。特别地，外圈部2和内圈部3中的各个具有斜面，并且在截面图中该斜面的形状是相对于旋转轴14倾斜的直线。因此，在本实施例中，各个连接部4连接至外圈部2的斜面和凸缘部的顶面并且连接至内圈部3的斜面和凸缘部的顶面。

同样在本实施例中，由于外圈部2和内圈部3具有凸缘部，因此本实施例的扭矩传感器具有高机械刚度，抵抗在除绕旋转轴14施加了扭矩的方向以外的方向上施加的力。因此，在本实施例的扭矩传感器中难以发生变形和损坏。

此外，在本实施例中，连接部4不沿着与旋转轴平行的线(侧)而是沿着方向与旋转轴交叉的线(侧)连接至外圈部2和内圈部3。因此，本实施例的扭矩传感器具有高连接强度，抵抗绕旋转轴14施加扭矩Mz和在除施加了扭矩Mz的方向以外的方向上施加的力。因此，在连接部4和外圈部2之间的边界以及连接部4和内圈部3之间的边界中几乎不会发生变形和损坏。

如果除了绕旋转轴施加的力矩之外还施加了力(例如，图1B中例示的且绕X轴施加的力Mx)，则应力可能在穿过间隙的各个连接部4的部分上局部地集中。然而，同样在本实施例中，切除部9能够防止应力在该部分上集中，从而能够防止连接部4的损坏。

因此，本实施例能够提供如下的扭矩传感器，即使在结构1的厚度减小的情况下，其也具有高检测精度并且在非检测方向上保持足够的刚度。

第四实施例

接下来，将参照图10A和图10B描述第四实施例的扭矩传感器单元。在第一实施例中，外圈部2和内圈部3不形成为具有恒定厚度的圆筒状。替代地，外圈部2和内圈部3中的各个具有在与旋转轴14正交的方向上凸出的凸缘部，并且外圈部2和内圈部3中的各个的横截面大致为L形。

第四实施例与第一实施例的相同之处在于，外圈部2和内圈部3中的各个具有在与旋转轴14正交的方向上凸出的凸缘部。然而，第四实施例与第一实施例的不同之处在于筒状部的形状。在第四实施例的以下描述中，将简化或省略对与第一实施例相同的特征的描述。

第四实施例的图10A和图10B分别与第一实施的例图4A和图4B对应。图10A是沿图3的线A-A截取的结构1的截面图。线A-A指示外圈部2的半径方向，并且在该半径上不形成任何连接部4。图10B是沿图3的线B-B截取的结构1的截面图。线B-B指示外圈部2的半径方向，并且在该半径上形成有连接部4。

如图10A所示，外圈部2和内圈部3的各个的横截面大致为L形。外圈部2包括筒状部(第一筒状部)和凸缘部(第一凸部)60。凸缘部60从筒状部的内表面5朝向旋转轴14凸出。内圈部3包括筒状部(第二筒状部)和凸缘部(第二凸部)80。凸缘部80从筒状部的外表面7朝向与旋转轴14相反的方向凸出。换句话说，凸缘部60可以是从筒状部朝向外圈部2的中心凸出的凸部，并且凸缘部80可以是从筒状部朝向与内圈部3的中心相反的方向凸出的凸部。

如图10A和图10B所示，本实施例与第一实施例的不同之处在于外圈部2和内圈部3的截面形状。在第一实施例中，如图4A和图4B所示，外圈部2和内圈部3中的各个包括具有恒定厚度的筒状部和从筒状部凸出的凸缘部。

然而，在本实施例中，外圈部2和内圈部3中的各个的筒状部的厚度不是恒定的。特别地，外圈部2和内圈部3中的各个具有弯曲斜面(弯曲形状)，并且该弯曲斜面的形状在截面图中是相对于旋转轴14倾斜的曲线。因此，在本实施例中，各个连接部4连接至外圈部2的弯曲斜面和凸缘部的顶面并连接至内圈部3的弯曲斜面和凸缘部的顶面。

同样在本实施例中，由于外圈部2和内圈部3具有凸缘部，因此本实施例的扭矩传感器具有高机械刚度，抵抗在除绕旋转轴14施加了扭矩Mz的方向以外的方向上施加的力。因此，在本实施例的扭矩传感器中难以发生变形和损坏。

此外，在本实施中，连接部4不沿着与旋转轴平行的线(侧)而是沿着方向与旋转轴交叉的曲线(侧)连接至外圈部2和内圈部3。因此，本实施例的扭矩传感器具有高连接强度，抵抗绕旋转轴14施加扭矩Mz和在除施加扭矩Mz的方向以外的方向上施加的力。因此，在连接部4和外圈部2之间的边界以及连接部4和内圈部3之间的边界中几乎不会发生变形和损坏。

如果除了绕旋转轴施加的力矩之外还施加了力(例如，图1B中例示的且绕X轴施加的力Mx)，则应力可能在穿过间隙的各个连接部4的部分上局部地集中。然而，同样在本实施例中，切除部9能够防止应力在该部分上集中，从而能够防止连接部4的损坏。

因此，本实施例能够提供如下的扭矩传感器，即使在结构1的厚度减小的情况下，其也具有高检测精度并且在非检测方向上保持足够的刚度。

第五实施例

接下来，将参照图11A和图11B描述第五实施例的扭矩传感器单元。在第一实施例中，外圈部2和内圈部3不形成为具有恒定厚度的圆筒状。替代地，外圈部2和内圈部3中的各个具有在与旋转轴14正交的方向上凸出的凸缘部，并且外圈部2和内圈部3中的各个的横截面大致为L形。

第五实施例与第一实施例的相同之处在于，外圈部2和内圈部3中的各个具有在与旋转轴14正交的方向上凸出的凸缘部。然而，第五实施例与第一实施例的不同之处在于，凸缘部的位置和外圈部2和内圈部3的截面形状。在本实施例中，外圈部2和内圈部3的截面形状不是L形而是旋转了90度的T形。此外，结构1包括两个连接部4A和4B。连接部4A和4B在旋转轴14延伸的方向(Z方向)上彼此相邻。

在对第五实施例的以下描述中，将简化或省略对与第一实施例相同的特征的描述。

第五实施例的图11A和图11B分别与第一实施例的图4A和图4B对应。图11A是沿图3的线A-A截取的结构1的截面图。线A-A指示外圈部2的半径方向，并且在该半径上不形成任何连接部4。图11B是沿图3的线B-B截取的结构1的截面图。线B-B指示外圈部2的半径方向，并且在该半径上形成有连接部4。

在本实施例中，如图11A和图11B所示，外圈部2和内圈部3中的各个具有被旋转了90度的T形的截面形状。

外圈部2包括筒状部(第一筒状部)和从筒状部的内表面5朝向旋转轴14凸出的凸缘部(第一凸部)60。当沿旋转轴14(Z方向)观看时，凸缘部60不从筒状部的端部而是从筒状部的两端部之间的筒状部的部分上凸出。内圈部3包括筒状部(第二筒状部)，和从筒状部的外表面7朝向与旋转轴14相反的方向凸出的凸缘部(第二凸部)80。当沿旋转轴14(Z方向)观看时，凸缘部80不从筒状部的端部而是从筒状部的两端部之间的筒状部的部分上凸出。换句话说，凸缘部60可以是从筒状部朝向外圈部2的中心凸出的凸部，并且凸缘部80可以是从筒状部朝向与内圈部3的中心相反的方向凸出的凸部。

连接部4A和4B被形成为使得在沿着旋转轴方向(Z方向)观看时，凸缘部60和80被夹在连接部4A和4B之间。连接部4A具有切除部9A，连接部4B具有切除部9B。连接部4A连接至外圈部2使得连接部4A连接至筒状部的内表面5和凸缘部60的顶面6A，并且连接至内圈部3使得连接部4A连接至筒状部的外表面7和凸缘部80的顶面8A。连接部4B连接至外圈部2使得连接部4B连接至筒状部的内表面5和凸缘部60的底面6B，并且连接至内圈部3使得连接部4B连接至筒状部的外表面7和凸缘部80的底面8B。

同样在本实施例中，由于外圈部2和内圈部3具有凸缘部，因此本实施例的扭矩传感器具有高机械刚度，抵抗在除绕旋转轴14施加了扭矩Mz的方向以外的方向上施加的力。因此，在本实施例的扭矩传感器中难以发生变形和损坏。

此外，同样在本实施例中，连接部4不仅沿着与旋转轴平行的线(侧)，还沿着与旋转轴正交的线(侧)连接至外圈部2和内圈部3。因此，本实施例的扭矩传感器具有高连接强度，抵抗绕旋转轴14施加扭矩Mz和在除施加了扭矩Mz的方向以外的方向上施加的力。因此，在连接部4和外圈部2之间的边界以及连接部4和内圈部3之间的边界中几乎不会发生变形和损坏。

如果除了绕旋转轴施加的力矩以外还施加了力(例如，图1B所示的且绕X轴施加的力Mx)，则应力可能在连接部4A和4B中的各个的穿过间隙的部分上局部集中。然而，同样在本实施例中，切除部9A和9B能够防止应力在该部分上集中，从而能够防止连接部4A和4B的损坏。

因此，本实施例能够提供如下的扭矩传感器，即使在结构1的厚度减小的情况下，其也具有高检测精度并且在非检测方向上保持足够的刚度。

本发明不限于上述实施例和示例，并且可以在本发明的技术理念的范围内做各种变形。

例如，虽然第二实施例的外圈部2和内圈部3的截面形状为七边形，但是其截面形状也可以是其他多边形。此外，在第四实施例中，外圈部2和内圈部3中的各个的侧面的截面图可以不是图10A和图10B例示的曲线，而可以是各种弯曲形状中的任一种，诸如二次曲线、弧形或椭圆形的一部分。此外，外圈部2和内圈部3中的各个的侧面的截面图可以是直线和曲线的相互结合。

此外，不同实施例的部件可以相互结合。例如，第一实施例的外圈部可以与第二实施例的内圈部结合。此外，外圈部和内圈部的形状不仅可以是圆形，如果有必要还可以是矩形或三角形。

此外，凸缘部可以不是在与旋转轴正交的方向上凸出的凸形部。例如，凸缘部可以是在与旋转轴以除直角以外的角度交叉的方向上凸出的凸形部。

此外，虽然光学编码器作为检测外圈部和内圈部之间的位移的检测单元在精度方面更优，但是也可以使用其他类型的位移检测单元，例如磁性编码器。

通常，实施例的扭矩传感器单元附接于用于测量机器人的扭矩的机器人。然而，扭矩传感器单元可以附接于其他设备。此外，机器人可以不是图5例示的机器人和具有六轴控制机器人臂，而可以是其他类型的机器人。在通过使用扭矩传感器单元的检测结果进行的动作控制下，机器人能够进行通过物品制造方法实现的各种类型的工作，包括组装、机加工和运送工件。

其他实施例

虽然参照示例性实施例描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于公开的示例性实施例。所附权利要求的范围应被赋予最宽的解释以涵盖所有这类变形例以及等同的结构和功能。

Claims (14)

1.一种扭矩检测设备，所述扭矩检测设备包括：

第一部；

第二部，其被布置在所述第一部的内侧；以及

连接部，其被构造为连接所述第一部与所述第二部，

其中，所述第一部包括朝向所述第二部凸出的第一凸部，

其中，所述第二部包括朝向所述第一部凸出的第二凸部，

其中，所述第一部的内表面和所述第一凸部的表面连接到所述连接部，

其中，所述第二部的外表面和所述第二凸部的表面连接到所述连接部，并且

其中，在施加扭矩时，所述连接部变形，并且所述第一部和所述第二部相对于彼此移位。

2.根据权利要求1所述的扭矩检测设备，其中，所述第一部包括第一筒状部，

其中，所述第二部包括第二筒状部，

其中，所述内表面是所述第一筒状部的表面，并且

其中，所述外表面是所述第二筒状部的表面。

3.根据权利要求1所述的扭矩检测设备，其中，所述连接部跨过所述第一凸部和所述第二凸部之间的间隙并连接所述第一部与所述第二部。

4.根据权利要求1所述的扭矩检测设备，其中，所述连接部包括在跨过所述第一凸部和所述第二凸部之间的间隙的部分上形成的切除部。

5.根据权利要求2所述的扭矩检测设备，其中，所述第一筒状部和/或所述第二筒状部为具有预定厚度的筒形。

6.根据权利要求2所述的扭矩检测设备，其中，所述第一筒状部的所述内表面和/或所述第二筒状部的所述外表面具有弯曲的表面形状。

7.根据权利要求1所述的扭矩检测设备，所述扭矩检测设备还包括被构造为检测所述第一部与所述第二部之间的相对位移的编码器。

8.根据权利要求1所述的扭矩检测设备，其中，所述第一部是外圈部，所述第二部是内圈部。

9.一种机器人，所述机器人包括根据权利要求1-8中的任一项所述的扭矩检测设备。

10.一种物品制造方法，所述物品制造方法使根据权利要求9所述的机器人通过使用由所述扭矩检测设备的检测结果来制造物品。

11.一种控制设备，所述控制设备被构造为使用来自根据权利要求1-8中的任一项所述的扭矩检测设备的输出信号，并控制安装有所述扭矩检测设备的设备的动作。

12.一种扭矩检测设备的扭矩检测方法，所述扭矩检测设备包括：

第一部；

第二部，其被布置在所述第一部的内侧；以及

连接部，其被构造为连接所述第一部与所述第二部，

其中，所述第一部包括朝向所述第二部凸出的第一凸部，

其中，所述第二部包括朝向所述第一部凸出的第二凸部，

其中，所述第一部的内表面和所述第一凸部的表面连接到所述连接部，

其中，所述第二部的外表面和所述第二凸部的表面连接到所述连接部，并且

其中，在施加扭矩时，所述连接部变形，并且所述第一部和所述第二部相对于彼此移位，

所述扭矩检测方法包括：

依据所述第一部与所述第二部之间的相对位移来检测所述扭矩。

13.一种计算机可读非暂时性记录介质，其存储有被构造为进行根据权利要求12所述的扭矩检测方法的控制程序。

14.一种结构，所述结构包括：

第一部；

第二部，其被布置在所述第一部的内侧；以及

连接部，其被构造为连接所述第一部与所述第二部，

其中，所述第一部包括朝向所述第二部凸出的第一凸部，

其中，所述第二部包括朝向所述第一部凸出的第二凸部，

其中，所述第一部的内表面和所述第一凸部的表面连接到所述连接部，

其中，所述第二部的外表面和所述第二凸部的表面连接到所述连接部，并且

其中，在施加扭矩时，所述连接部变形，并且所述第一部和所述第二部相对于彼此移位。