专利名称：一种多自由度球形行波型超声波电机力矩测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电机力矩测量装置，尤其涉及一种测量电机输出力矩值相对
较小，电机输出力矩存在多个方向的多自由度球形行波型超声波电机力矩值的装置。
背景技术：
近20年来，多自由度驱动器一直是个研究热点，由于电磁感应的多自由度电动机 因结构复杂和制造困难等原因一直进展甚微，多自由度超声波电动机在这个背景下应运而 生。超声波电机是一种利用压电陶瓷的逆压电效应在超声领域谐振获得能量的一种电机， 它具有结构简单、低速、力矩密度大等优点。超声波电机可做成多自由度，且多自由度电机 仍具有单自由度超声波电机的上述特点。研制成的多自由度超声波电机已有好多种，从目
前的应用前景和综合性能指标而言，多自由度球形行波型超声波电机最好，可用于机器人， 假肢，月球车等驱动。 尽管相对于它较小的体积和质量(小于500克)，多自由度超声波电机的力矩密度 大，但是它的输出力矩相对较小，无法用测功机测量。而且它的输出力矩是多自由度的，对 测量带来了困难。迄今为止，国内外对这种电机的力矩测量装置尚未有相关的研究报道。
实用新型内容本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种多自由度球形行波型超声 波电机力矩测量装置，该力矩测量装置具有体积小，结构简单，安装和调试方便等特点； 本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是一种多自由度球形行波型超声 波电机力矩测量装置，其特征在于，它包括心轴、万向接头、上盖、下盖、第一硬木凹压头、 底座、十字头、短心轴、测力杆、弯板，支架、压力传感器和第二硬木凹压头；其中，测力杆的 上端通过短心轴与十字头联接，通过心轴与万向接头联接；上盖与万向接头螺纹配合，压力 传感器固定在上盖的槽中；下盖与上盖固定相连；测力杆依次穿过万向接头、上盖和下盖 的中心通孔，测力杆的中部有一个环形凸台，第一硬木凹压头固定在测力杆底部孔中；弯板 通过其弯板上端孔与下盖固定连接；第二硬木凹压头固定在弯板下端孔中；弯板通过支架 固定在底座上。 进一步地，所述上盖中按环形陈列四个槽，压力传感器置于槽中；压力传感器的触
头都朝圆心方向；下盖有四个下盖上的长方柱体，与上盖相连，固定压力传感器。 进一步地，所述第一硬木凹压头与测力杆底部孔过盈配合，二硬木凹压头与弯板
下端孔过盈配合。 进一步地，所述弯板上端孔和弯板下端孔的孔中心线与孔所在端面的平面垂直。 进一步地，所述测力杆与十字头和万向接头之间的联接均是间隙配合。 本实用新型的有益效果是 1、本实用新型根据压力传感器的精度和量程能测量的电机力矩值的范围较广，特量装置，以便测量多自由 度的输出力矩值。 3、本实用新型仅采用压力传感器、支架、弯板、测力杆和万向接头等零件，结构简单。
图1是测力杆的结构示意图，其中，(a)是主视图，(b)是左视图，(c)是俯视图； 图2是十字头的结构示意图，其中，(a)是主视图，(b)是(a)的A-A剖视图； 图3是万向接头的结构示意图，其中，(a)是主视图，(b)是左视图； 图4是上盖的结构示意图，其中，(a)是左视图，(b)是俯视图； 图5是下盖的结构示意图，其中，(a)是左视图，(b)是俯视图； 图6是弯板的结构示意图，其中，(a)是主视图，(b)是俯视图，(c)是(a)的A-A
剖视图； 图7是本实用新型多自由度球形行波型超声波电机力矩测量装置的剖视图； 图中，心轴1，万向接头2，上盖3，下盖4，第一硬木凹压头5，底座6，十字头7，短心 轴8，测力杆9，弯板10，支架11 ，压力传感器12，十字槽沉头螺钉13，十字槽盘头螺钉14，球 转子15，测力杆中的槽16，环形凸台17，测力杆底部孔18，测力杆上端的孔19、20，十字头中 的孔21、22、23、24，万向接头中的孔25、26、27，万向接头中的槽28，上盖中的槽29，下盖上 的长方柱体30，下盖的轴头31，弯板上端孔32，弯板下端孔33，第二硬木凹压头34。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本实用新型，本实用新型的目的和效果将变得更加明 显。 如图7所示，本实用新型的多自由度球形行波型超声波电机力矩测量装置，它包 括心轴1、万向接头2、上盖3、下盖4、第一硬木凹压头5、底座6、十字头7、短心轴8、测力 杆9、弯板IO，支架11、压力传感器12和第二硬木凹压头34。其中，测力杆9的上端通过短 心轴8与十字头7联接，通过心轴1与万向接头2联接，且测力杆9与十字头7和万向接头 2之间的联接均是间隙配合，使测力杆9在平面内有少量的活动范围。上盖3与万向接头2 螺纹配合，上盖3中按环形陈列四个槽，用来安置压力传感器12。压力传感器12的触头都 朝圆心方向。下盖4有四个下盖上的长方柱体30，通过十字槽沉头螺钉13与上盖3相连， 固定压力传感器12，使压力传感器12不会发生移动。测力杆9依次穿过万向接头2、上盖3 和下盖4的中心通孔，其底部有测力杆底部孔18，用来固定第一硬木凹压头5，第一硬木凹 压头5与测力杆底部孔18过盈配合。弯板上端孔32通过十字槽盘头螺钉14固定于下盖 4的轴头上。弯板10的外观成180度的圆弧状，弯板10的下端有一个弯板下端孔33，第二 硬木凹压头34被塞入其中，它们之间也过盈配合。弯板10通过支架11固定在底座6上。 弯板10上下端的孔中心线与孔所在端面的平面垂直。通过上盖3与万向接头2的内螺纹 配合，测力杆9能有几毫米的上下升降，也就是说测力杆9上安装的第一硬木凹压头5与弯 板10下端孔中安装的第二硬木凹压头34之间的距离是能被调节的。 如图1， 2， 3所示，在测力杆9的槽16中放置十字头7，测力杆9上端的孔19， 20和十字头7中的孔21， 23分别通过短心轴8联接，联接为间隙配合。测力杆9与十字头7联 接后一起放入万向接头2腹部的孔25中，心轴1贯穿十字头7的孔22， 24与万向接头2中 的孔26，27，使它们联接，心轴1与十字头7是间隙配合，心轴1与万向接头2也是间隙配 合。这样的目的是使测力杆9在万向接头2中的槽28内有一定的活动余量。测力杆9中 部有一个环形凸台17，能和压力传感器12的触头相接触，触发压力传感器12工作。测力杆 9底部有个孔18，用来固定第一硬木凹压头5。 如图4， 5， 6所示，在上盖3中按环形陈列四个槽29，用来放置四个压力传感器12， 压力传感器12的触头都朝圆心。下盖4的四个下盖上的长方柱体30用来固定压力传感器 12，使它们不会发生移动。四个下盖上的长方柱体30上都有螺丝孔，上盖3和下盖4用十 字槽沉头螺钉13来配合。万向接头2与上盖3通过螺纹联接，万向接头2在上盖3中通过 螺纹拧紧或旋出时，测力杆9随之能有几毫米的上下升降。弯板10上端的孔32通过十字 槽盘头螺钉14固定在下盖的轴头31上。弯板10下端的孔33中也固定有一个硬木凹压头 5。弯板上端孔32和弯板下端孔33的中心线与孔端面所在平面垂直。这样保证了第一硬 木凹压头5和第二硬木凹压头34能正好夹住多自由度球形行波型超声波电机的球转子15 的直径。 当需测量多自由度球形行波型超声波电机的输出力矩时，先用测试装置中的第一 硬木凹压头5和第二硬木凹压头34去大致对准球转子15旋转的直径方向，然后拧紧万向 接头2，使测力杆9随之下降。因为硬木凹压头的凹弧度，球转子15能被两个硬木凹压头 紧紧地抱住。然后用十字槽盘头螺钉14把弯板10与支架11固定，再通过十字槽盘头螺钉 14把支架固定在底座6中。当电机在工作时，球转子15与第一硬木凹压头5和第二硬木 凹压头34之间就有相对运动趋势，它们之间的静摩擦力使测力杆9发生微小的移动，测力 杆9中间的环形凸台17就会接触到其中两个或一个压力传感器12的触头，使之有电压输 出值。根据力矩平衡原理，就能换算出球转子15与硬木凹压头5之间的静摩擦力。用所获 得的静摩擦力的值乘以球转子15的半径，再乘以2(因为有两个硬木凹压头5)就是电机的 输出力矩。
权利要求一种多自由度球形行波型超声波电机力矩测量装置，其特征在于，它包括心轴(1)、万向接头(2)、上盖(3)、下盖(4)、第一硬木凹压头(5)、底座(6)、十字头(7)、短心轴(8)、测力杆(9)、弯板(10)，支架(11)、压力传感器(12)和第二硬木凹压头(34)；其中，测力杆(9)的上端通过短心轴(8)与十字头(7)联接，通过心轴(1)与万向接头(2)联接；上盖(3)与万向接头(2)螺纹配合，压力传感器(12)固定在上盖(3)的槽中；下盖(4)与上盖(3)固定相连；测力杆(9)依次穿过万向接头(2)、上盖(3)和下盖(4)的中心通孔，测力杆(9)的中部有一个环形凸台(17)，第一硬木凹压头(5)固定在测力杆底部孔(18)中；弯板(10)通过其弯板上端孔(32)与下盖(4)固定连接；第二硬木凹压头(34)固定在弯板下端孔(33)中；弯板(10)通过支架(11)固定在底座(6)上。
2. 根据权利要求1所述多自由度球形行波型超声波电机力矩测量装置，其特征在于， 所述上盖(3)中按环形陈列四个槽，压力传感器(12)置于槽中；压力传感器(12)的触头 都朝圆心方向；下盖(4)有四个下盖上的长方柱体(30)，与上盖(3)相连，固定压力传感器 (12)。
3. 根据权利要求1所述多自由度球形行波型超声波电机力矩测量装置，其特征在于， 所述第一硬木凹压头(5)与测力杆底部孔(18)过盈配合，二硬木凹压头(34)与弯板下端 孔(33)过盈配合。
4. 根据权利要求1所述多自由度球形行波型超声波电机力矩测量装置，其特征在于， 所述弯板上端孔(32)和弯板下端孔(33)的孔中心线与孔所在端面的平面垂直。
5. 根据权利要求1所述多自由度球形行波型超声波电机力矩测量装置，其特征在于， 所述测力杆(9)与十字头(7)和万向接头(2)之间的联接均是间隙配合。
专利摘要本实用新型公开了一种多自由度球形行波型超声波电机力矩测量装置，它包括压力传感器，支架，弯板，测力杆，短心轴，十字头，硬木凹压头，万向接头，上盖，下盖，底座等。其中，在上盖中按环形阵列四个槽，用来安置压力传感器，压力传感器的触头都朝圆心方向。下盖有四个长方形柱体，配合上盖，固定压力传感器。测力杆贯穿上盖，下盖，它的上端利用短心轴安装有十字头，通过心轴与万向接头相连，它的中段有环形凸台，它底部的孔中安装有硬木凹压头。弯板呈180度的圆拱形，底端的孔中也安装有硬木凹压头。本实用新型具有体积小，结构简单，安装和测试方便等特点。
文档编号G01L3/00GK201464098SQ200920122470
公开日2010年5月12日 申请日期2009年6月22日 优先权日2009年6月22日
发明者胡锡幸, 郭吉丰, 黄长江 申请人:浙江大学