专利名称：提供转矩和弯矩过载保护的关节力矩传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种关节力矩传感器。
技术背景谐波减速器具有重量轻、体积小、减速比大、效率高、回程差小的特点， 它在机械手及机器人关节部位的驱动机构中得到了广泛的应用。机械手在抓 握某个物体或者机器人臂完成某个特定动作时，利用关节力矩传感器反馈信 号以实现精确的力矩控制。但现有关节力矩传感器易受谐波和过载力矩的影 响，在力矩传感器检测关节输出力矩时，带有谐波的关节力矩会对输出信号 产生干扰，降低系统的控制精度，过载力矩也会导致检测结果的精度降低甚至造成传感器损坏。公开号为CN1815156的专利公开了一种能够消除谐波影 响并提供过载保护的关节力矩传感器，但这种力矩传感器只能对垂直于盘面 的力矩实现过载保护，而关节在实际工作过程中，负载转矩可能来自各个方 向，力矩传感器还是容易造成损坏。 发明内容本发明为解决现有关节力矩传感器只能对垂直于盘面的力矩实现过载保 护的问题，提供一种提供转矩和弯矩过载保护的关节力矩传感器。本发明包 含输入连接法兰盘1、输出连接法兰盘2、四个传感器应变梁3、八个应变片 4、四个过载保护梁5和四个保护销6，四个传感器应变梁3的两端分别与输 入连接法兰盘1的外缘和输出连接法兰盘2的内缘固定连接并沿输入连接法 兰盘1的圆周均匀分布，每个传感器应变梁3上都设置有两个应变片4，同一 直径方向上的两个传感器应变梁3上的四个应变片4构成一个全桥，四个过 载保护梁5分别设置在两个相邻的传感器应变梁3之间并与输入连接法兰盘1 的外缘固定连接，在每个过载保护梁5上分别开有盲孔10，在输出连接法兰 盘2的内缘沿径向分别开有四个与盲孔10同轴的通孔9，每个保护销6的- 端分别从对应的通孔9中穿过并设置在对应的盲孔10中，每个保护销6的另 一端都与对应的通孔9间隙配合。
本发明的传感器在各种工况下，保护销与通孔之间的圆环状间隙的变化 量也不相同，不仅能够提供关节的转矩过载保护，还能够实现关节的弯矩过 载保护，使系统运行更加安全可靠。
图1是本发明的整体结构示意图，图2是图1的A向示意图，图3是图 2的B-B剖视图，图4是图3的C处放大图。
具体实施方式
具体实施方式
一参见图1~图3，本实施方式由输入连接法兰盘l、输出 连接法兰盘2、四个传感器应变梁3、八个应变片4、四个过载保护梁5和四 个保护销6组成，四个传感器应变梁3的两端分别与输入连接法兰盘1的外 缘和输出连接法兰盘2的内缘固定连接并沿输入连接法兰盘1的圆周均匀分 布，每个传感器应变梁3上都设置有两个应变片4，同一直径方向上的两个传 感器应变梁3上的四个应变片4构成一个全桥，四个过载保护梁5分别设置 在两个相邻的传感器应变梁3之间并与输入连接法兰盘1的外缘固定连接， 在每个过载保护梁5上分别开有盲孔10，在输出连接法兰盘2的内缘沿径向 分别开有四个与盲孔10同轴的通孔9，每个保护销6的一端分别从对应的通 孔9中穿过并设置在对应的盲孔10中，每个保护销6的另一端都与对应的通 孔9间隙配合。所述保护销6的一端可与盲孔10过盈配合或粘接在盲孔10 中。通孔9的内径D的确定规则为将保护销6与盲孔10装配好，当受到额 定扭矩T作用时，保护销6产生相对于对应通孔9沿圆周方向的位移S，通 过有限元分析软件计算得到所有不同的位移S的平均值S。，则保护销6的外 径D。与位移的平均值S。的2倍的和为通孔9的内径D，即D:D。+2XS。；保 护销6设置在盲孔10中，以防止在输出连接法兰盘2在转动范围内转动时， 保护销6由于离心力作用被甩出，关节空载的情况下，保护销6的外圆柱面 与通孔9的内壁之间形成圆环状间隙，对于不同的工况，间隙的变化量也不 同，使力矩传感器既有工作余量，又可以避免由于过载而造成损坏。
具体实施方式
二参见图l、图2，本实施方式与具体实施方式
一的不同 点在于设置在四个传感器应变梁3上的八个应变片4位于同一平面上。其它 组成和连接关系与具体实施方式
一相同。所述的八个应变片4采用全平面粘
贴方法，能够使应变片4的位置更精确。
具体实施方式
三参见图l、图2，本实施方式在具体实施方式
一的基础上增加了密封环7，密封环7设置在输出连接法兰盘2上。其它组成和连接关系与具体实施方式
一相同。力矩传感器用于关节输出侧，向下一个关节传递扭矩，力矩传感器上的密封环7可以与关节其它零部件(例如关节外壳)配合形成接触式密封(如毛毡密封)或非接触式密封(如迷宫密封)，以便对关 节内部形成保护。
具体实施方式
四参见图1 图3，本实施方式在具体实施方式
一的基础上增加了机械限位机构8，机械限位机构8设置在输出连接法兰盘2的外缘上。 其它组成和连接关系与具体实施方式
一相同。力矩传感器上的机械限位结构8 可以与关节其它零部件(例如关节外壳)上对应的结构配合形成机械限位， 以便对关节的运动范围进行限制。
权利要求
1、提供转矩和弯矩过载保护的关节力矩传感器，它包含输入连接法兰盘(1)、输出连接法兰盘(2)、四个传感器应变梁(3)、八个应变片(4)、四个过载保护梁(5)和四个保护销(6)，四个传感器应变梁(3)的两端分别与输入连接法兰盘(1)的外缘和输出连接法兰盘(2)的内缘固定连接并沿输入连接法兰盘(1)的圆周均匀分布，每个传感器应变梁(3)上都设置有两个应变片(4)，同一直径方向上的两个传感器应变梁(3)上的四个应变片(4)构成一个全桥，四个过载保护梁(5)分别设置在两个相邻的传感器应变梁(3)之间并与输入连接法兰盘(1)的外缘固定连接，其特征在于在每个过载保护梁(5)上分别开有盲孔(10)，在输出连接法兰盘(2)的内缘沿径向分别开有四个与盲孔(10)同轴的通孔(9)，每个保护销(6)的一端分别从对应的通孔(9)中穿过并设置在对应的盲孔(10)中，每个保护销(6)的另一端都与对应的通孔(9)间隙配合。
2、 根据权利要求1所述的提供转矩和弯矩过载保护的关节力矩传感器， 其特征在于通孔(9)的内径D的确定规则为将保护销(6)与盲孔(10)装配好， 当受到额定扭矩T作用时，保护销(6)产生相对于对应通孔(9)沿圆周方向的位 移S，通过有限元分析软件计算得到所有不同的位移S的平均值S。，则保护 销(6)的外径D。与位移的平均值S。的2倍的和为通孔(9)的内径D，计算公式 为D=D。+2XS。。
3、 根据权利要求1所述的提供转矩和弯矩过载保护的关节力矩传感器， 其特征在于设置在四个传感器应变梁(3)上的八个应变片(4)位于同一平面上。
4、 根据权利要求1所述的提供转矩和弯矩过载保护的关节力矩传感器， 其特征在于保护销(6)的一端与盲孔(10)过盈配合。
5、 根据权利要求1所述的提供转矩和弯矩过载保护的关节力矩传感器， 其特征在于保护销(6)的一端粘接在盲孔(10)中。
6、 根据权利要求1所述的提供转矩和弯矩过载保护的关节力矩传感器， 其特征在于它增加了密封环(7)，密封环(7)设置在输出连接法兰盘(2)上。
7、 根据权利要求1所述的提供转矩和弯矩过载保护的关节力矩传感器， 其特征在于它增加了机械限位机构(8)，机械限位机构(8)设置在输出连接法兰 盘(2)的外缘上。
全文摘要
提供转矩和弯矩过载保护的关节力矩传感器，它涉及一种关节力矩传感器，以解决现有关节力矩传感器只能对垂直于盘面的力矩实现过载保护的问题。本发明在每个过载保护梁(5)上分别开有盲孔(10)，在输出连接法兰盘(2)的内缘沿径向分别开有四个与盲孔(10)同轴的通孔(9)，每个保护销(6)的一端分别从对应的通孔(9)中穿过并设置在对应的盲孔(10)中，每个保护销(6)的另一端都与对应的通孔(9)间隙配合。本发明的传感器在各种工况下，保护销与通孔之间的圆环状间隙的变化量也不相同，不仅能够提供关节的转矩过载保护，还能够实现关节的弯矩过载保护，使系统运行更加安全可靠。
文档编号G01L3/10GK101118194SQ20071014432
公开日2008年2月6日 申请日期2007年9月14日 优先权日2007年9月14日
发明者宏 刘, 奎 孙, 李德伦, 熊根良, 谢宗武, 黄剑斌 申请人:哈尔滨工业大学