CN115217856A - 机器人扭矩限制机构及扭矩限制方法 - Google Patents
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Abstract
机器人扭矩限制机构及扭矩限制方法。本发明包括：轴（5），所述的轴（5）与轴套（4）配合，所述的轴套（4）上圆周分布有一组锥孔，所述的锥孔与销（3）吻合，所述的销（3）与所述的轴套（4）滑动配合，所述的销（3）通过弹簧（2）与轴套（4）贴合，所述的弹簧（2）通过调节螺钉（1）实现预紧力的调节。所述的轴与轴套发生相对转动时，所述的轴的锥面与所述的销接触，给所述的销提供一个圆周方向推力，该推力使所述的销与所述的轴套产生摩擦力，当外部扭力达到扭力限定值时，所述的销的摩擦力增大使所述的销自锁，进而阻止系统旋转。本发明当扭力大于等于该值时，系统停止转动，当扭力小于该值时，系统正常转动。
Description
技术领域：
本发明涉及一种机器人扭矩限制机构及扭矩限制方法。
背景技术：
传统实现限定扭矩的方法多为电控方式，通过变频器来控制电机扭矩值，当扭矩值超过一定数值时，设备停止运转或需要保护的执行机构停止运转。
传统实现限定扭矩值的方法还有扭力限制器，当扭矩达到一定数值时，扭力限制器打滑实现扭矩的过载保护，当扭力恢复到允许值时，靠摩擦力恢复扭力传动。
当采用电控方式限定扭矩值时，需要额外增设变频器来实现扭矩值的调节，并且还需要配备专业电气工程师进行调试，给普通的传动机构增添了非必要的成本。
当采用扭力限制器时，扭力限制器是当超载或机械故障而导致所需扭矩超过设定值时，它以打滑形式限制传动系统所传动的扭力，打滑的同时也能一个信号输出停掉电机和减速机，当过载情形消失后自行恢复联结。这样就防止了机械损坏，避免了昂贵的停机损失。扭力限制器采用弹簧负荷式摩擦表面，以螺帽或螺栓调整弹簧力，预设其滑动扭矩。扭矩限制器有两种：一种摩擦型扭矩限制，它的缺点是扭矩精度不高、过载之后不能输出信号，需要人工停掉机械、过载后有残余扭矩；另一种是钢球式扭力限制器，它的缺点是价格昂贵；但是这两种都能实现扭力限定的功能。
发明内容：
本发明的目的是提供一种机器人扭矩限制机构。
上述的目的通过以下的技术方案实现：
一种机器人扭矩限制机构，包括：轴，所述的轴与轴套配合，所述的轴套上圆周分布有一组锥孔，所述的锥孔与销吻合，所述的销与所述的轴套滑动配合，所述的销通过弹簧与轴套贴合，所述的弹簧通过调节螺钉实现预紧力的调节。
一种利用上述的机器人扭矩限制机构的扭矩限制方法，所述的轴与轴套发生相对转动时，所述的轴的锥面与所述的销接触，给所述的销提供一个圆周方向推力，该推力使所述的销与所述的轴套产生摩擦力，当外部扭力达到扭力限定值时，所述的销的摩擦力增大使所述的销自锁，进而阻止系统旋转。
所述的机器人扭矩限制机构的扭矩限制方法，当扭矩值超过一定数值时，系统处于平衡状态即限定旋转状态；当扭矩值小于限定值时，系统处于不平衡状态，即旋转状态；
根据平面任意力系平衡可知：
∑X=0:FNcosβ+FE-FC=0 （1）
∑Y=0：fC+fE+F弹-FNsinβ=0 （2）
∑MO(F)=0:FNR-fEd/2+FE(Rcos2β+h)-FCRcos2β+FCd/2=0 （3）
fC=μFC （4）
F弹=kΔx （5）
fE=μFE （6）
β=（90-α）/2 （7）
上述公式中：∑X=0：X轴方向的合力；∑Y=0: Y轴方向的合力；FN:压力；β：轴的受力点与X轴的夹角；FE：侧面受到的压力；Fc：侧面受到的压力；fC：侧面受到的摩擦力；fE：侧面受到的摩擦力；F弹：弹簧的推力；R：轴的半径；d:销的直径；h：销的行程；μ:摩擦因数；k：弹簧弹性系数；Δx：弹簧行程；μ：套与销的动摩擦因数；
直线OB的方程式为：y=tanα*x （8）
直线AB的方程式为：y=x-b,其中∠BAC=45° （9）
圆的方程式为：x^2+y^2=R^2 （10）
公式（8）、（9）、（10）可得出Δx与α的函数关系式如下
结合公式（1）-（7）、公式（11）可确定出扭力FN在系统平衡时的临界值，该值即为扭力限定值，当扭力大于等于该值时，系统停止转动，当扭力小于该值时，系统正常转动。
本发明的有益效果：
本发明为纯机械机构，加工工艺简单，加工成本低；由于扭力与转角存在函数关系式，从而能更精准控制扭力值范围，提高精度；精度提高设备或者机器人的安全性必然得到提升；装配过程简单，易于操作。
附图说明：
附图1是本发明的结构示意图。
附图2是本发明的受力分析示意图。
具体实施方式：
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种机器人扭矩限制机构，包括：轴5，所述的轴5与轴套4配合，所述的轴套4上圆周分布有一组锥孔，所述的锥孔与销3吻合，所述的销3与所述的轴套4滑动配合，所述的销3通过弹簧2与轴套4贴合，所述的弹簧2通过调节螺钉1实现预紧力的调节。
所述的轴5与轴套4发生相对转动时，所述的轴5的锥面与所述的销3接触，给所述的销2提供一个圆周方向推力，该推力使所述的销3与所述的轴套4产生摩擦力，当外部扭力达到扭力限定值时，所述的销3的摩擦力增大使所述的销3自锁，进而阻止系统旋转。
当扭矩值超过一定数值时，系统处于平衡状态即限定旋转状态；当扭矩值小于限定值时，系统处于不平衡状态，即旋转状态；
根据平面任意力系平衡可知：
∑X=0:FNcosβ+FE-FC=0 （1）
∑Y=0：fC+fE+F弹-FNsinβ=0 （2）
∑MO(F)=0:FNR-fEd/2+FE(Rcos2β+h)-FCRcos2β+FCd/2=0 （3）
fC=μFC （4）
F弹=kΔx （5）
fE=μFE （6）
β=（90-α）/2 （7）
上述公式中：∑X=0：X轴方向的合力；∑Y=0: Y轴方向的合力；FN:压力；β：轴的受力点与X轴的夹角；FE：侧面受到的压力；Fc：侧面受到的压力；fC：侧面受到的摩擦力；fE：侧面受到的摩擦力；F弹：弹簧的推力；R：轴的半径；d:销的直径；h：销的行程；μ:摩擦因数；k：弹簧弹性系数；Δx：弹簧行程；μ：套与销的动摩擦因数；
直线OB的方程式为：y=tanα*x （8）
直线AB的方程式为：y=x-b,其中∠BAC=45° （9）
圆的方程式为：x^2+y^2=R^2 （10）
公式（8）、（9）、（10）可得出Δx与α的函数关系式如下
结合公式（1）-（7）、公式（11）可确定出扭力FN在系统平衡时的临界值，该值即为扭力限定值，当扭力大于等于该值时，系统停止转动，当扭力小于该值时，系统正常转动。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (3)
1.一种机器人扭矩限制机构，其特征在于，包括：轴（5），所述的轴（5）与轴套（4）配合，所述的轴套（4）上圆周分布有一组锥孔，所述的锥孔与销（3）吻合，所述的销（3）与所述的轴套（4）滑动配合，所述的销（3）通过弹簧（2）与轴套（4）贴合，所述的弹簧（2）通过调节螺钉（1）实现预紧力的调节。
2.一种利用权利要求1所述的机器人扭矩限制机构的扭矩限制方法，其特征在于，所述的轴（5）与轴套（4）发生相对转动时，所述的轴（5）的锥面与所述的销（3）接触，给所述的销（3）提供一个圆周方向推力，该推力使所述的销（3）与所述的轴套（4）产生摩擦力，当外部扭力达到扭力限定值时，所述的销（3）的摩擦力增大使所述的销（3）自锁，进而阻止系统旋转。
3.根据权利要求2所述的机器人扭矩限制机构的扭矩限制方法，其特征在于，当扭矩值超过一定数值时，系统处于平衡状态即限定旋转状态；当扭矩值小于限定值时，系统处于不平衡状态，即旋转状态；
根据平面任意力系平衡可知：
∑X=0:FNcosβ+FE-FC=0 （1）
∑Y=0：fC+fE+F弹-FNsinβ=0 （2）
∑MO(F)=0:FNR-fEd/2+FE(Rcos2β+h)-FCRcos2β+FCd/2=0 （3）
fC=μFC （4）
F弹=kΔx （5）
fE=μFE （6）
β=（90-α）/2 （7）
上述公式中：∑X=0：X轴方向的合力；∑Y=0: Y轴方向的合力；FN:压力；β：轴的受力点与X轴的夹角；FE：侧面受到的压力；Fc：侧面受到的压力；fC：侧面受到的摩擦力；fE：侧面受到的摩擦力；F弹：弹簧的推力；R：轴的半径；d:销的直径；h：销的行程；μ:摩擦因数；k：弹簧弹性系数；Δx：弹簧行程；μ：套与销的动摩擦因数；
直线OB的方程式为：y=tanα*x （8）
直线AB的方程式为：y=x-b,其中∠BAC=45° （9）
圆的方程式为：x^2+y^2=R^2 （10）
公式（8）、（9）、（10）可得出Δx与α的函数关系式如下
结合公式（1）-（7）、公式（11）可确定出扭力FN在系统平衡时的临界值，该值即为扭力限定值，当扭力大于等于该值时，系统停止转动，当扭力小于该值时，系统正常转动。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118293181A (zh) * | 2024-06-03 | 2024-07-05 | 铁流股份有限公司 | 一种带凸轮结构的高精度定扭矩的限扭减振器总成 |
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| CN103791061A (zh) * | 2012-10-26 | 2014-05-14 | 黄淑琴 | 一种组合同步带轮 |
| CN205823985U (zh) * | 2016-06-28 | 2016-12-21 | 徐工（辽宁）机械有限公司 | 自动复位式扭矩限制器 |
| CN109723731A (zh) * | 2019-02-19 | 2019-05-07 | 苏州优得精智装备有限公司 | 一种扭矩可调的紧凑型离合器 |
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2022
- 2022-07-28 CN CN202210896474.3A patent/CN115217856A/zh active Pending
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