柔性力矩传感器和机械臂柔性关节的制作方法

本技术涉及力矩测量装置，特别是涉及一种柔性力矩传感器和机械臂柔性关节。

背景技术：

1、机械柔性能够提高人机协作的安全性和非结构环境下意外撞击时的耐冲击性能，大幅提高机器人的可用性，也有利于提升关节工作速度，拓展机器人的适用环境。

2、通过选择具备柔性的力矩传感器是机械柔性的一种实现形式，现有技术中，有通过在力矩传感器中增加弹性元件以提供柔性性能的方式，例如cn105606279b中通过在力矩传感器的外侧增加弹性元件以使得力矩传感器具备柔性性能，但是该种方式下应变梁和柔性梁分别需要占据力矩传感器的空间，无疑增加了传感器的体积、增大了传感器的外径。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于提供一种柔性力矩传感器和机械臂柔性关节，通过将力矩传感器的柔性梁和应变梁进行融合，降低了尺寸和重量，并且具备缓冲效果，以解决现有技术中的力矩传感器不具备柔性效果或结构复杂、体积较大的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本实用新型可采用如下技术方案：一种柔性力矩传感器，包括：内环、外环、以及设置于内环和外环之间的应变梁和柔性梁，所述应变梁用于检测传感器受力，所述柔性梁用于提供扭转方向的柔性变形，应变梁为连接于内环的悬臂梁，柔性梁一端连接应变梁、另一端连接外环，柔性梁为绕周向的薄壁结构。

3、进一步的，所述内环用于连接力矩输出端，外环能够与机械臂关节径向支撑连接，所述柔性梁形成为绕周向的弧形薄壁结构。

4、进一步的，所述柔性梁形成为绕周向的蛇形曲面薄壁结构。

5、进一步的，所述柔性梁通过外过渡梁连接于外环、通过内过渡梁连接于应变梁，所述外过渡梁和内过渡梁分别形成为渐变曲率的连续梁体。

6、进一步的，所述应变梁设置有双轴羽毛式的应变片以检测应变梁的剪切应变。

7、进一步的，所述应变梁的轴向厚度小于柔性梁的轴向厚度。

8、进一步的，所述应变梁设置应变片以检测第一受力信息，所述柔性力矩传感器还包括磁编码器或光编码器以检测第二受力信息，所述第一受力信息和第二受力信息互为校验以确保传感器检测的准确性，所述磁编码器或光编码器的码盘设置于外环，读头设置于内环，通过检测内环相对于外环的周向移动角度获知第二受力信息。

9、本实用新型还用于提供一种机械臂柔性关节，包括外壳、电机、减速器、以及前文中任一项所述的柔性力矩传感器，传感器的内环连接于减速器输入端、外环连接于关节输出端。

10、与现有技术相比，本实用新型具体实施例的有益效果至少在于：1、柔性力矩传感器的柔性梁和应变梁融合设置于内环和外环之间，简化了力矩传感器的结构设置，大幅减小了力矩传感器的重量和体积，有利于机器人关节的轻量化设计；2、柔性梁能够用于刚性力矩传感器结构的柔性缓冲，提供力矩传感器过载保护的能力，提升力矩传感器的寿命，且有利于提升机器人关节的柔顺性和人机交互的安全性；3、力矩传感器通过双通道的检测机制获知受力信息，第一受力信息和第二受力信息可互为校验，保证了力矩传感器检测结果的可靠性。

技术特征：

1.一种柔性力矩传感器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的柔性力矩传感器，其特征在于，所述内环用于连接力矩输出端，外环能够与机械臂关节径向支撑连接，所述柔性梁形成为绕周向的弧形薄壁结构。

3.根据权利要求1所述的柔性力矩传感器，其特征在于，所述柔性梁形成为绕周向的蛇形曲面薄壁结构。

4.根据权利要求1所述的柔性力矩传感器，其特征在于，所述柔性梁通过外过渡梁连接于外环、通过内过渡梁连接于应变梁，所述外过渡梁和内过渡梁分别形成为渐变曲率的连续梁体。

5.根据权利要求1所述的柔性力矩传感器，其特征在于，所述应变梁设置有双轴羽毛式的应变片以检测应变梁的剪切应变。

6.根据权利要求1所述的柔性力矩传感器，其特征在于，所述应变梁的轴向厚度小于柔性梁的轴向厚度。

7.根据权利要求1所述的柔性力矩传感器，其特征在于，所述应变梁设置应变片以检测第一受力信息，所述柔性力矩传感器还包括磁编码器或光编码器以检测第二受力信息，所述第一受力信息和第二受力信息互为校验以确保传感器检测的准确性，所述磁编码器或光编码器的码盘设置于外环，读头设置于内环，通过检测内环相对于外环的周向移动角度获知第二受力信息。

8.一种机械臂柔性关节，其特征在于，包括外壳、电机、减速器、以及权利要求1-7中任一项所述的柔性力矩传感器，传感器的内环连接于减速器输入端、外环连接于关节输出端。

技术总结
本技术涉及一种柔性力矩传感器和机械臂柔性关节，柔性力矩传感器包括内环、外环、以及设置于内环和外环之间的应变梁和柔性梁，所述应变梁用于检测传感器受力，所述柔性梁用于提供扭转方向的柔性变形，应变梁为连接于内环的悬臂梁，柔性梁一端连接外环、另一端连接应变梁，柔性梁为绕周向的薄壁结构。本技术具体实施例的柔性力矩传感器融合了柔性梁和应变梁，简化了力矩传感器的结构，减小了传感器的重量和体积。

技术研发人员：周聪,孙恺,曹宇男
受保护的技术使用者：苏州艾利特机器人有限公司
技术研发日：20221212
技术公布日：2024/1/13