一种机械臂关节扭矩测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及具有力感知作业机器人关节扭矩传感器，具体地说是一种机械臂关节扭矩测量装置，可适用于作业机器人轻型机械臂柔性关节及其相关的领域，包括弹性体、测头及位移检测器件，其中弹性体分为外环及内环，所述内环与外环之间通过弹性筋连接；所述位移检测器件安装在外环上，所述测头安装在弹性筋靠近内环的一端、并与所述位移检测器件相对应，可沿所述弹性体的周向、相对位移检测器件的检测方向运动。本发明专利技术结构简单、紧凑，尺寸小、重量小，易于安装，可靠实用，且检测灵敏度高，刚度好，测量实时性好、精度高，满足了轻型机械臂关节设计要求。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及具有力感知作业机器人关节扭矩传感器，具体地说是一种机械臂关节扭矩测量装置，可适用于作业机器人轻型机械臂柔性关节及其相关的领域，包括弹性体、测头及位移检测器件，其中弹性体分为外环及内环，所述内环与外环之间通过弹性筋连接；所述位移检测器件安装在外环上，所述测头安装在弹性筋靠近内环的一端、并与所述位移检测器件相对应，可沿所述弹性体的周向、相对位移检测器件的检测方向运动。本专利技术结构简单、紧凑，尺寸小、重量小，易于安装，可靠实用，且检测灵敏度高，刚度好，测量实时性好、精度高，满足了轻型机械臂关节设计要求。【专利说明】一种机械臂关节扭矩测量装置
本专利技术涉及具有力感知作业机器人关节扭矩传感器，具体地说是一种机械臂关节 扭矩测量装置，可适用于作业机器人轻型机械臂柔性关节及其相关的领域。
技术介绍
轻型机械臂在过去的二十几年里得到了迅速发展，在工业领域、军事领域、服务领 域及医疗保健领域均具有广阔的发展前景,其地位与作用引起人们的高度重视。轻型机械 臂中最为关键的组成部分为一体化柔性关节，为了提高轻型机械臂执行任务的灵活性以及 与环境接触交互的能力，提高其作业过程中柔顺性，除了准确地获得关节位置速度信息外， 精确反馈关节扭矩信息也至关重要。 轻型机械臂关节的设计要求大负载、小空间、低重量，因此，要求扭矩测量装置具 有体积小、宽度小、重量轻，制造简单，能够避免温度、湿度、电磁噪声等影响的特点。 目前，扭矩测量装置主要包括接触式与非接触式，接触式主要为应变片式，也是最 为常用的扭矩测量方式；这种测量方式受轴的材料、形状，粘胶剂、温度及湿度等影响较大。 非接触式主要包括磁电式与光电式两大类。磁电式是在扭转轴的两侧安装齿轮、铁心、线圈 等，导致其结构复杂，相应的传感器尺寸和质量较大，低速时信号小。光电式扭矩传感器主 要是，在固定轴与转轴分别固定盘型光栅，通过光栅交错提供测量信号，该方式结构复杂、 制造困难、标定困难，难以推广。因此，由于现有扭矩测量装置的弊端，使得其很难在轻型机 械臂关节中得到很好的应用。
技术实现思路
针对现在扭矩测量装置存在的上述问题，本专利技术的目的在于提供一种机械臂关节 扭矩测量装置。 本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的： 本专利技术包括弹性体、测头及位移检测器件，其中弹性体分为外环及内环，所述内环 与外环之间通过弹性筋连接；所述位移检测器件安装在外环上，所述测头安装在弹性筋靠 近内环的一端、并与所述位移检测器件相对应，可沿所述弹性体的周向、相对位移检测器件 的检测方向运动。 其中：所述弹性筋为两条，以所述内环的中心对称设置；所述弹性筋为两条以上， 在内环与外环之间沿圆周方向均布；所述弹性筋为样条曲线闭合形成，该样条曲线的一端 连接在内环上，所述样条曲线的另一端连接在外环上； 所述外环上沿圆周方向均布有多个外环安装孔，该外环与机械臂关节的径向支撑 连接；所述内环的中部开有供关节电缆在关节内部走线的走线孔，该走线孔的外围沿圆周 方向均布有多个内环安装孔，所述内环与机械臂关节的关节驱动单元中的驱动输出轴相 连；所述外环与内环同心设置。 本专利技术的优点与积极效果为： 1.本专利技术结构简单、紧凑，尺寸小、重量小，易于安装，可靠实用，且检测灵敏度高， 刚度好，能够满足轻型机械臂关节设计的要求。 2.本专利技术测量实时性好，本专利技术采用光电测微原理，其系统响应速度快，动态性能 好。 3.本专利技术测量精度髙，本专利技术不受电磁、温度、湿度等噪声的影响，尤其是该装置 将安装在关节内部，光噪声对其也无影响。 【专利附图】【附图说明】 图1为本专利技术的结构示意图； 图2为本专利技术弹性体的结构示意图； 图3为本专利技术安装在机械臂关节部分的结构示意图； 其中为关节外壳，2为关节驱动单元，3为扭矩检测装置，4为轴承端盖，5为关 节输出件，6为关节轴承，7为径向支撑，8为驱动输出轴，9为测头，1〇为位移检测器件，11 为弹性体，12为外环，I 3为外环安装孔，14为第一弹性筋，15为第二弹性筋，16为内环，17 为内环安装孔，18为走线孔，19为关节电缆。 【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术作进一步详述。 如图1、图2所示，本专利技术的扭矩测量装置包括弹性体11、测头9及位移检测器件 10,其中弹性体11分为外环12及内环16,在内环16与外环12之间通过弹性筋进行连接； 位移检测器件10安装在外环12上，测头9安装在弹性筋靠近内环 16的一端、并与位移检 测器件10相对应，可沿弹性体11的周向、相对位移检测器件10的检测方向运动。 本专利技术的弹性筋可为两条或两条以上，当弹性筋为两条时，以内环16的中心对称 设置；当弹性筋为两条以上时，在内环16与外环12之间沿圆周方向均布。本实施例的弹性 筋为两条，分别为第一弹性筋14及第二弹性筋I 5,外环I2与内环16即通过第一弹性筋14 及第二弹性筋15连在一起，第一弹性筋14及第二弹性筋15以内环16中心对称设置；第一 弹性筋14及第二弹性筋15均由两条样条曲线闭合形成，样条曲线的一端连到外环 12上、 另一端连到内环16上，宽度均匀变化，使结构受力均匀。外环丨2与内环16同心设置，在外 环I 2上沿圆周方向均布有多个外环安装孔I3,内环16的中部开有供关节电缆19在关节内 部走线的走线孔18,该走线孔18的外围沿圆周方向均布有多个内环安装孔17。 本实施例的位移检测器件1〇固接在外环12上，测头9 (为一遮光片）固接在第二 弹性筋I5上、并靠近与内环I6连接的另一端。位移检测器件10为市购产品，购置于曰本 ROHM公司，型号为RPI243 ;该位移检测器件10上开有一豁口，该豁口与测头9相对应。 如图3所示，机械臂关节包括关节外壳1、关节驱动单元2、驱动输出轴8、扭矩检测 装置3、径向支撑 7、关节轴承6、轴承端盖4、关节输出件5及关节电缆19,其中，关节外壳丄 与关节驱动单元2通过螺钉固定连接，关节外壳1的端部设有关节轴承6的安装孔，用于安 装关节轴承6,关节驱动单元2连接驱动输出轴8。本专利技术扭矩检测装置3中弹性体η的 内环16通过螺钉穿入内环安装孔Π 与驱动输出轴8固接，弹性体^的外环12通过螺钉 穿入外环安装孔13与径向支撑7固接，径向支撑7的外部安装有关节轴承6,轴承端盖4用 于关节轴承6的轴向及径向的承载及限位，轴承端盖4通过螺纹连接将关节轴承6与关节 外壳1紧固连接，关节输出件5有轴承安装孔，用于与关节轴承6配合连接，关节输出件5 端面与径向支撑7端面固定连接。 本专利技术的工作原理为： 关节输出件5的负载中，除了关节扭矩外,所有力、力矩均通过关节输出件5、关节 轴承6、轴承端盖4传递到关节外壳1上，关节扭矩通过关节输出件5、径向支撑7、扭矩检测 装置3中的外环I2、第一弹性筋14、第二弹性筋15、内环16、驱动输出轴8、关节驱动2传递 到关节外壳1上。由于弹性体11中的第一弹性筋14及第二弹性筋15的弹性变形，使扭矩 检测装置3中的测头9相对位移检测器件10沿扭矩检测装置3周向运动，产生位移信号； 由于弹性体11的扭转刚度，不同大小的关节扭矩会产生不同本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机械臂关节扭矩测量装置，其特征在于：包括弹性体（11）、测头（9）及位移检测器件（10），其中弹性体（11）分为外环（12）及内环（16），所述内环（16）与外环（12）之间通过弹性筋连接；所述位移检测器件（10）安装在外环（12）上，所述测头（9）安装在弹性筋靠近内环（16）的一端、并与所述位移检测器件（10）相对应，可沿所述弹性体（11）的周向、相对位移检测器件（10）的检测方向运动。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：武加锋，周维佳，王洪光，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21