CN215064976U

CN215064976U - 一种基于光学的静态扭矩传感器

Info

Publication number: CN215064976U
Application number: CN202121636495.9U
Authority: CN
Inventors: 白仲皖; 鱼晨
Original assignee: Hualichuang Science Shenzhen Co ltd
Current assignee: Hualichuang Science Shenzhen Co ltd
Priority date: 2021-07-16
Filing date: 2021-07-16
Publication date: 2021-12-07
Anticipated expiration: 2031-07-16

Abstract

本实用新型公开一种基于光学的静态扭矩传感器，包括安装壳、安装于安装壳内的PCB板、布置于安装壳内且位于PCB板上方的中心盘；所述安装壳顶部开设有依次从中心盘、PCB板、安装壳底部贯穿的第一通孔，第一通孔用于连接外部的待测扭矩的部件。本实用新型设计合理、结构紧凑，装配简单，可应用于机械臂及各类机器人关节中，以提供各关节扭矩数据，便于机器人控制，使用方便，同时，还可应用于多种需要关节扭矩反馈的机械结构中，泛用性强，且整体组装维护方便、制造成本低、可靠性高、实用性强。

Description

一种基于光学的静态扭矩传感器

技术领域

本实用新型涉及扭矩传感器技术领域，尤其涉及一种基于光学的静态扭矩传感器。

背景技术

扭矩传感器，又称力矩传感器、扭力传感器、转矩传感器、扭矩仪等，分为动态和静态两大类，扭矩传感器是对各种旋转或非旋转机械部件上对扭转力矩感知的检测，而现有的扭矩传感器大多基于应变的原理制成，其将物理变化转换成精确的电信号，进而实现扭矩的检测，其机械组装结构较为复杂、成本较高、可靠性较低，因此，需要对其进行改进。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于光学的静态扭矩传感器，该传感器设计合理、结构紧凑，装配简单，可应用于机械臂及各类机器人关节中，以提供各关节扭矩数据，便于机器人控制，使用方便，同时，还可应用于多种需要关节扭矩反馈的机械结构中，泛用性强，且整体组装维护方便、制造成本低、可靠性高、实用性强。

为实现上述目的，采用以下技术方案：

一种基于光学的静态扭矩传感器，包括安装壳、安装于安装壳内的PCB板、布置于安装壳内且位于PCB板上方的中心盘；所述安装壳顶部开设有依次从中心盘、PCB板、安装壳底部贯穿的第一通孔，第一通孔用于连接外部的待测扭矩的部件；所述PCB板顶部周向上还间隔设有若干第一光反射传感器，且每相邻的两个第一光反射传感器之间还均设有一第二光反射传感器；所述中心盘的底面为反射镜面，且中心盘上还设有若干第一遮挡件和若干第二遮挡件，且每一第一遮挡件对应布置于一第一光反射传感器的正上方，每一第二遮挡件对应布置于一第二光反射传感器的上方一侧。

进一步地，所述中心盘包括外环体，以及位于外环体内的内环体；若干所述第一遮挡件环绕内环体布置，并连接于外环体的内壁与内环体的外壁之间；若干所述第二遮挡件环绕内环体布置，并连接于内环体的外壁上；所述第一通孔从内环体穿过布置。

进一步地，每一第一遮挡件的两侧还均开设有一凹型缺口。

进一步地，所述第一光反射传感器和第二光反射器均包括LED光源、光电二极管。

进一步地，所述安装壳包括底壳，以及与底壳连接的顶盖；所述底壳与顶盖之间设有第一容腔，PCB板和中心盘均布置于第一容腔内。

采用上述方案，本实用新型的有益效果是：

设计合理、结构紧凑，装配简单，可应用于机械臂及各类机器人关节中，以提供各关节扭矩数据，便于机器人控制，使用方便，同时，还可应用于多种需要关节扭矩反馈的机械结构中，泛用性强，且整体组装维护方便、制造成本低、可靠性高、实用性强。

附图说明

图1为本实用新型的立体图；

图2为图1的剖视图；

图3为本实用新型的中心盘的立体图；

图4为图1省却顶盖的立体图；

图5为图4省却中心盘的立体图；

图6为本实用新型的其中一实施例中，遮挡件与LED光源和光电二极管的位置关系示意图；

图7为本实用新型的另一实施例中，遮挡件与LED光源和光电二极管的位置关系示意图；

其中，附图标识说明：

1—安装壳； 2—PCB板；

3—中心盘； 4—第一通孔；

5—第一光反射传感器； 6—第二光反射传感器；

7—第一遮挡件； 8—第二遮挡件；

11—底壳； 12—顶盖；

31—外环体； 32—内环体；

51—LED光源； 52—光电二极管；

71—凹型缺口。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本实用新型进行详细说明。

参照图1至7所示，本实用新型提供一种基于光学的静态扭矩传感器，包括安装壳1、安装于安装壳1内的PCB板2、布置于安装壳1内且位于PCB板2上方的中心盘3；所述安装壳1顶部开设有依次从中心盘3、PCB板2、安装壳1底部贯穿的第一通孔4，第一通孔4用于连接外部的待测扭矩的部件；所述PCB板2顶部周向上还间隔设有若干第一光反射传感器5，且每相邻的两个第一光反射传感器5之间还均设有一第二光反射传感器6；所述中心盘3的底面为反射镜面，且中心盘3上还设有若干第一遮挡件7和若干第二遮挡件8，且每一第一遮挡件7对应布置于一第一光反射传感器5的正上方，每一第二遮挡件8对应布置于一第二光反射传感器6的上方一侧。

其中，所述中心盘3包括外环体31，以及位于外环体31内的内环体32；若干所述第一遮挡件7环绕内环体32布置，并连接于外环体31的内壁与内环体32的外壁之间；若干所述第二遮挡件8环绕内环体32布置，并连接于内环体32的外壁上；所述第一通孔4从内环体32穿过布置；每一第一遮挡件7的两侧还均开设有一凹型缺口71；所述第一光反射传感器5和第二光反射器均包括LED光源51、光电二极管52；所述安装壳1包括底壳11，以及与底壳11连接的顶盖12；所述底壳11与顶盖12之间设有第一容腔，PCB板2和中心盘3均布置于第一容腔内。

本实用新型工作原理：

继续参照图1至7所示，本实施例中，第一遮挡件7和第二遮挡件8均为连杆结构，第一遮挡件7、第二遮挡件8、第一光反射传感器5和第二光反射传感器6的数量均设置为四个，且每一第一遮挡件7的两侧均设有一凹型缺口71(凹型结构)，当传感器被施加扭矩时，第一遮挡件7所受到的应力将汇聚到凹型结构的中心，使其变形与扭矩值之间成线性关系，且此种凹型结构也放大了机械形变，保证扭矩测量的精度；四个第一光反射传感器5和四个第二光反射传感器6均布置于PCB板2上，且每一光反射传感器都包括LED光源51和光电二极管52，以测量反射光的光强；在该实施例中，第一光反射传感器5被第一遮挡件7完全遮挡，第二光反射传感器6被第二遮挡件8遮挡了一半，如图6所示，当Z轴被施加扭矩时，第二遮挡件8会向左或向右移动，基于其位置的变换，光电二极管52会产生电压信号的变化，进而实现对扭矩的测量。

此外，另一实施例中，该安装壳1内可包含两个PCB板2，中心盘3位于两个PCB板2之间，其中一PCB板2上设置LED光源51，另一PCB板2上设置光电二极管52，即如图7所示，中心盘3位于LED光源51和光电二极管52之间，当Z轴被施加扭矩时，遮挡件可向左或向右移动，进而光电二极管52产生电压信号的变化，实现扭矩的测量。

第一光反射传感器5和第二光反射传感器6均可采用U型光学断续器，当传感器被施加Z轴扭矩时，第二光反射传感器6会产生电压变化，但第一光反射传感器5被第一遮挡件7完全遮挡，因此，第一光反射传感器5的电压信号不会变化，因此，可以利用第一光反射传感器5作为参考，以消除其它方向上的力与力矩所产生的影响(如Fx、Fy,、Fz,、Mx和My)，同时，也可借助第一光反射传感器5对其它方向上的力、力矩所产生的串扰信号进行补偿。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种基于光学的静态扭矩传感器，其特征在于，包括安装壳、安装于安装壳内的PCB板、布置于安装壳内且位于PCB板上方的中心盘；所述安装壳顶部开设有依次从中心盘、PCB板、安装壳底部贯穿的第一通孔，第一通孔用于连接外部的待测扭矩的部件；所述PCB板顶部周向上还间隔设有若干第一光反射传感器，且每相邻的两个第一光反射传感器之间还均设有一第二光反射传感器；所述中心盘的底面为反射镜面，且中心盘上还设有若干第一遮挡件和若干第二遮挡件，且每一第一遮挡件对应布置于一第一光反射传感器的正上方，每一第二遮挡件对应布置于一第二光反射传感器的上方一侧。

2.根据权利要求1所述的基于光学的静态扭矩传感器，其特征在于，所述中心盘包括外环体，以及位于外环体内的内环体；若干所述第一遮挡件环绕内环体布置，并连接于外环体的内壁与内环体的外壁之间；若干所述第二遮挡件环绕内环体布置，并连接于内环体的外壁上；所述第一通孔从内环体穿过布置。

3.根据权利要求2所述的基于光学的静态扭矩传感器，其特征在于，每一第一遮挡件的两侧还均开设有一凹型缺口。

4.根据权利要求1所述的基于光学的静态扭矩传感器，其特征在于，所述第一光反射传感器和第二光反射器均包括LED光源、光电二极管。

5.根据权利要求1所述的基于光学的静态扭矩传感器，其特征在于，所述安装壳包括底壳，以及与底壳连接的顶盖；所述底壳与顶盖之间设有第一容腔，PCB板和中心盘均布置于第一容腔内。