CN116940819A - 扭矩传感器 - Google Patents
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Abstract
扭矩传感器能够使第一结构体相对于臂正确地安装。第一结构体(11)包括环状的第一表面(11a)、与第一表面平行的环状的第二表面(11b)、连接第一表面和第二表面的外周的第三表面(11c)，以及连接第一表面和第二表面的内周的第四表面(11d)。环状的第二结构体(12)同心状地配置在第一结构体的内侧。多个第三结构体(13)将第一结构体和第二结构体连接。多个应变传感器(14)连接在第一结构体和第二结构体之间。第一结构体在第三表面的一部分具有多个突起(11f)。各突起(11f)包括从第一表面向第二表面方向变高的倾斜部(11g)，以及从倾斜部的顶点延续且与第三表面平行的直线状的接触部(11h)。
Description
技术领域
本发明的实施方式涉及例如应用在机械臂等的扭矩传感器。
背景技术
扭矩传感器例如具有环状的第一结构体、与第一结构体同心状配置的环状的第二结构体、连接第一结构体和第二结构体的多个第三结构体，以及设置在第一结构体和第二结构体之间的应变传感器。第一结构体和第二结构体例如安装在机械臂的关节上，根据臂的动作检测扭矩(例如参考专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2021-12024号公报
发明内容
发明所要解决的课题
扭矩传感器的第一结构体例如固定在筒状的臂的内侧，第二结构体例如固定在基座中设置的电动机的输出轴上。第一结构体的外侧面的一部分与筒状的臂的内表面接触。第一结构体和臂的内表面的接触面积很小，因此当第一结构体的轴心相对于臂的轴心倾斜安装时，例如水平方向的扭矩会受到垂直方向的扭矩的影响，即产生其他轴干涉，无法准确地检测扭矩。
本实施方式提供第一结构体能够相对于臂正确地安装的扭矩传感器。
解决课题的手段
本实施方式的扭矩传感器具有：第一结构体，其包括环状的第一表面、与所述第一表面平行的环状的第二表面、连接所述第一表面和第二表面的外周的第三表面，以及连接所述第一表面和第二表面的内周的第四表面；环状的第二结构体，其同心状地配置在所述第一结构体的内侧；多个第三结构体，其连接所述第一结构体和第二结构体；多个应变传感器，其连接在所述第一结构体和第二结构体之间。其中，所述第一结构体在所述第三表面的一部分具有多个突起，所述突起包括从所述第一表面向所述第二表面方向变高的倾斜部，以及与所述倾斜部连续，与所述第三表面平行的直线状的接触部。
附图说明
图1是表示本实施方式的扭矩传感器的平面图。
图2是图1的侧面图。
图3是将图2的A部放大表示的立体图。
图4表示将本实施方式的扭矩传感器安装到机械臂上的情况，是将一部分做成截面的立体图。
图5是表示图4的B部的剖面图。
图6是表示图5的比较例的剖面图。
具体实施方式
下面参照附图，对实施方式进行说明。在附图中，对相同部分或具有相同功能的部分赋予相同符号。
图1和图2表示本实施方式的扭矩传感器。扭矩传感器10具有第一结构体11、第二结构体12、多个第三结构体13、多个应变传感器14等。
第一结构体11和第二结构体12形成为环状，第二结构体12在第一结构体11的内侧配置成同心状。第一结构体11和第二结构体12通过放射状配置的作为梁的多个第三结构体13连接。多个第三结构体13在第一结构体11和第二结构体12之间传递扭矩。
第一结构体11、第二结构体12和多个第三结构体13由金属，例如不锈钢构成，但如果能够针对施加的扭矩得到足够的机械强度，则也可以使用金属以外的材料。
第一结构体11和第二结构体12例如具有相同的厚度，多个第三结构体13的厚度比第一结构体11和第二结构体12的厚度薄。扭矩传感器10的机械强度根据第三结构体13的厚度和宽度、长度而设定。
第一结构体11和第二结构体12之间，在多个第三结构体以外的位置，设置有多个应变传感器14。多个应变传感器14等间距地配置在相对于第一结构体11和第二结构体12的中心(扭矩的作用中心)对称的位置。具体地，在图1中，8个应变传感器14例如分别配置在相隔45°的位置。应变传感器14的数量不限于8个，例如也可以是4个、3个、2个。
各应变传感器14具有应变体14a和未图示的作为应变计的例如多个薄膜电阻。多个薄膜电阻配置在应变体14a上。应变体14a的厚度比第三结构体13的厚度薄。多个薄膜电阻构成桥接电路。
应变体14a的一端部固定在第一结构体11上，应变体14a的另一端部固定在第二结构体12上。应变体14a的固定方法例如可以采用螺丝紧固、焊接，以及使用粘合材料的粘合。采用螺丝紧固时，在应变体14a的两端部上分别放置未图示的按压部件，利用螺丝将这些按压部件固定在第一结构体11和第二结构体上，由此将应变体14a固定在第一结构体11和第二结构体上。
如图2所示，第一结构体11具有作为第一表面的上表面11a、与上表面11a平行的作为第二表面的下表面11b、连接上表面11a和下表面11b的作为第三表面的外侧面11c，以及连接上表面11a和下表面11b的作为第四表面的内侧面11d(图1所示)。
在外侧面11c的厚度方向的大致中央，设置有台阶部11e。因此，第一结构体11的台阶部11e与上表面11a之间的外侧面的直径，小于台阶部11e与下表面11b之间的外侧面的直径。
在第一结构体11的台阶部11e与上表面11a之间的外侧面，设置有多个突起11f。各突起11f例如配置在相隔90°的位置。本实施方式中，突起11f的数量为4个，但不限于此，例如也可以是3个、5个、6个、8个。
图3表示突起11f的具体构成。突起11f具有：具有大致三角形的面的倾斜部11g，以及直线状的接触部11h。倾斜部11g从第一结构体11的上表面11a向下表面11b的方向变高而倾斜。倾斜部11g的顶点的高度与台阶部11e和下表面11b之间的外侧面一致。接触部11h从倾斜部11g的顶点延续，向下表面11b的方向延伸至台阶部11e。因此，接触部11h的高度与台阶部11e和下表面11b之间的外侧面一致。
当第一结构体的厚度为T1时，突起11f的长度T2与第一结构体的上表面11a至台阶部11e的长度T2相等，长度T2例如比第一结构体11的厚度T1的1/3长，且为厚度T1的1/2以下(T1/3<T2≦T1/2)。也就是说，突起11f的长度T2为第一结构体11的厚度T1的1/3以上且1/2以下。另外，接触部11h的长度例如为突起11f的长度的1/2以上且2/3以下。
需要说明的是，台阶部11e并不是必须的，也可以在第一结构体11的外侧面11c上设置多个突起11f。
图4表示将本实施方式的扭矩传感器安装到机械臂上的情况，图5将图4的B部放大表示。
在机械臂的筒状主体20的内部，设置有环状的安装部件21。安装部件21具有环状的第四结构体21a和筒状的第五结构体21b。第四结构体21a与扭矩传感器10的第一结构体11的上表面11a平行；筒状的第五结构体21b与第四结构体21a垂直，并与第一结构体11的外侧面11c平行。筒状的第五结构体21b的内表面的直径，比第一结构体的多个突起11f与下表面11b之间的外侧面的直径稍大。
在将扭矩传感器10安装到安装部件21上时，扭矩传感器10插入到筒状的第五结构体21b内。这时，扭矩传感器10的突起11f上设置的倾斜部11g首先插入到筒状的第五结构体21b内，然后，突起11f的接触部11h在与第五结构体21b的内表面接触的状态下插入。之后，当扭矩传感器10插入到筒状的第五结构体21b内时，如图5所示，安装部件21的第四结构体21a与第一结构体11的上表面11a接触。在这种状态下，在安装部件21的第五结构体21b上设置的多个孔21c中插入未图示的螺丝，第一结构体11的上表面11a上设置的多个螺丝孔11i(图1所示)分别与螺丝拧合。如此，扭矩传感器10便安装到安装部件21上。
需要说明的是，在第五结构体21b的内表面设置台阶部21c，在第一结构体11和第五结构体21b的内表面之间设置空隙，能够使扭矩传感器10更加容易地插入到第五结构体21b中。
(实施方式的效果)
根据上述实施方式，扭矩传感器10在外侧面11c具有多个突起11f，各突起11f具有倾斜部11g和直线状的接触部11h。因此，在将扭矩传感器10安装到机械臂时，各突起11f的倾斜部11g在向筒状的第五结构体21b插入时会发挥引导功能，因此容易插入。
而且，突起11f的接触部11h与筒状的第五结构体21b线接触，因此能够防止扭矩传感器10的第一结构体11的轴心相对于筒状的第五结构体21b的轴心倾斜安装。因此，能够将扭矩传感器10正确地安装在机械臂20，所以能够防止其他轴干涉，提高扭矩的检测精度。
另外，突起11f的长度为第一结构体11的厚度的1/3以上且1/2以下，接触部11h的长度为突起11f的长度的1/2以上且2/3以下。所以，能够充分地与筒状的第五结构体21b线接触。因此，能够保持接触的稳定性。
具体地，如果像图6所示的比较例那样，突起11f的长度较短，则突起11f无法与第五结构体21b充分地线接触。因此，第一结构体11的轴心会相对于筒状的第五结构体21b的轴心倾斜安装，产生其他轴干涉。
另外，在本实施方式中，多个突起11f等间距地配置在第一结构体11的周围。因此，能够防止扭矩传感器10相对于筒状的第五结构体21b倾斜安装。
需要说明的是，本实施方式的扭矩传感器中，第一结构体11、第二结构体12、多个第三结构体13，以及多个应变传感器14的构成不限于上述实施方式的构成，可以变形。具体地，第一结构体11和第二结构体12的形状不限于环状。例如，第一结构体可以是四边形的框，第二结构体可以是配置在第一结构体内侧的大致四边形的物体，第一结构体和第二结构体可以通过多个第三结构体连接，多个应变传感器14可以连接在第一结构体和第二结构体之间。多个突起11f也可以分别设置在第一结构体的4条边的中央部。
此外，本发明不直接限于上述各实施方式，在实施阶段，可以在不脱离其要旨的范围内改变构成要素并使其具体化。另外，可以通过适当组合上述各实施方式公开的多个构成要素，来形成各种发明。例如，也可以从实施方式所示的全部构成要素中，删除几个构成要素。另外，还可以适当组合不同实施方式的构成要素。
Claims (5)
1.一种扭矩传感器，包括：
第一结构体，其包括环状的第一表面、与所述第一表面平行的环状的第二表面、连接所述第一表面和第二表面的外周的第三表面，以及连接所述第一表面和第二表面的内周的第四表面；
环状的第二结构体，其同心状地配置在所述第一结构体的内侧；
多个第三结构体，其连接所述第一结构体和第二结构体；以及，
多个应变传感器，其连接在所述第一结构体和第二结构体之间，
其中，所述第一结构体在所述第三表面的一部分具有多个突起，所述突起包括从所述第一表面向所述第二表面方向变高的倾斜部，以及从所述倾斜部的顶点延续且与所述第三表面平行的直线状的接触部。
2.根据权利要求1所述的扭矩传感器，其中，所述多个突起的长度为所述第一结构体的厚度的1/3以上且1/2以下。
3.根据权利要求2所述的扭矩传感器，其中，所述接触部的长度为所述突起的长度的1/2以上且2/3以下。
4.根据权利要求3所述的扭矩传感器，其中，所述多个突起在所述第一结构体的周围等间距配置。
5.根据权利要求4所述的扭矩传感器，其中，所述第一结构体在所述第三表面具有台阶部，
所述第一结构体的所述台阶部与所述第一表面之间的外侧面的直径，比所述台阶部与所述第二表面侧之间的外侧面的直径小，
所述多个突起设置在所述台阶部与所述第一表面之间的外侧面。
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