局部结构强化的大负载柔性力矩传感器制造技术

局部结构强化的大负载柔性力矩传感器，涉及一种被动减振弹性元件。解决了传统的金属橡胶力矩传感器由于应力集中在应变梁与应变梁挡板连通部，导致力矩传感器承担负载能力小的问题。外圈包括环形外圈基板、环形凸台、两个应变梁、四个应变梁挡板，环形凸台设置在环形外圈基板的一个端面上，两个应变梁设置在环形外圈基板内壁上，且每个应变梁的左右两侧各设有一个应变梁挡板，且应变梁上安装有应变片；应变梁与应变梁挡板相交部分构成的连通部，且连通部在轴向方向上设有凸沿，凸沿与内圈和挡板均为非接触。本发明专利技术主要应用在机器人关节上。

【技术实现步骤摘要】
局部结构强化的大负载柔性力矩传感器
本专利技术涉及一种被动减振弹性元件。
技术介绍
随着机器人技术的发展，人机协作型机械臂得到了越来越多的关注，柔性关节作为人机协作型机械臂中重要的一环，对保障人类的安全起到了重要的作用，但柔性环节的引入也为系统带来了振动，降低了机器人关节位置控制的精确性。目前可采用主动、半主动和被动三种方法抑制振动，主动振动控制是利用控制算法减小振动，可靠性差。半主动振动控制需要额外增加电机等控制元件，体积大，构造复杂。被动控制中采用金属橡胶作为阻尼减震材料，具有使用寿命长，阻尼特性大，减振效果好等优点，另外可以通过在连接处增加应变片来测量转矩。但是，传统的金属橡胶力矩传感器CN107671875A结构设计不够合理，由于应力集中在应变梁上，导致力矩传感器承担负载能力小；以上问题亟需解决。
技术实现思路
本专利技术是为了解决传统的金属橡胶力矩传感器由于应力集中在应变梁与应变梁挡板连通部，导致力矩传感器承担负载能力小的问题，本专利技术提供了一种局部结构强化的大负载柔性力矩传感器。局部结构强化的大负载柔性力矩传感器，包括内圈、外圈、四个金属橡胶垫和挡板，内圈扣装在外圈上，四个金属橡胶垫预压缩在内圈和外圈扣合后所围成的区域空间内，挡板盖装在外圈上；外圈包括环形外圈基板、环形凸台、两个应变梁、四个应变梁挡板，环形凸台设置在环形外圈基板的一个端面上，两个应变梁设置在环形外圈基板内壁上，且每个应变梁的左右两侧各设有一个应变梁挡板，且应变梁上安装有应变片；应变梁与应变梁挡板相交部分构成的连通部，且连通部在轴向方向上设有凸沿，凸沿与内圈和挡板均为非接触。优选的是，环形外圈基板与环形凸台之间设有加强筋。优选的是，外圈上的环形外圈基板的另一个端面上设有凹沿，内圈扣装在外圈的凹沿上。优选的是，挡板上设有定位凸台，且定位凸台与内圈固定连接。优选的是，内圈的环形内圈基板上设有第一应变凸沿安置孔，且挡板上设有第二应变凸沿安置孔；第一应变凸沿安置孔和第二应变凸沿安置孔用于共同盛放凸沿。优选的是，所述内圈和挡板通过螺栓固定连接。优选的是，每个金属橡胶垫预压缩5°。优选的是，应变梁挡板与环形外圈基板的内壁间留有至少3mm的间隙。本专利技术带来的有益效果是，本专利技术在应变梁与应变梁挡板相交部分构成的连通部上设有凸沿，使其对应变梁与应变梁挡板相交部分的强度，使力矩传感器可以承受更大的转矩，承载能力提高20％，本专利技术改善了零件之间的接触情况，结构设计合理，减小了转动摩擦。附图说明图1和图2均为本专利技术所述局部结构强化的大负载柔性力矩传感器的结构示意图；图3为内圈和外圈的装配图；图4为外圈与挡板的装配图。具体实施方式具体实施方式一：参见图1至图4说明本实施方式，本实施方式所述的局部结构强化的大负载柔性力矩传感器，包括内圈1、外圈2、四个金属橡胶垫3和挡板4，内圈1扣装在外圈2上，四个金属橡胶垫3预压缩在内圈1和外圈2扣合后所围成的区域空间内，挡板4盖装在外圈2上；外圈2包括环形外圈基板2-1、环形凸台2-2、两个应变梁2-5、四个应变梁挡板2-6，环形凸台2-2设置在环形外圈基板2-1的一个端面上，两个应变梁2-5设置在环形外圈基板2-1内壁上，且每个应变梁2-5的左右两侧各设有一个应变梁挡板2-6，且应变梁2-5上安装有应变片；应变梁2-5与应变梁挡板2-6相交部分构成的连通部，且连通部在轴向方向上设有凸沿2-7，凸沿2-7与内圈1和挡板4均为非接触。本实施方式中，由于应力集中在应变梁2-5上，因此，在应变梁2-5上设有凸沿2-7，保证了应变梁2-5的强度，且凸沿2-7与内圈1非接触代替现有技术中内圈基板与应变梁挡板直接接触，保证内圈与外圈间的转矩，这种关系更好的反映在应变梁2-5上，避免偏载和摩擦对应变梁3-5的影响，提高了转矩测量精度，使测量精度提高了20％以上。工作原理：输入力矩经内圈挡板1-2、金属橡胶垫3、外圈2上的应变梁挡板2-6传递到应变梁2-5上，应变梁2-5上粘贴的电阻式应变片产生变形，应变片的变形程度反映了外力矩的大小。外圈2上设置了四个应变梁挡板2-6，便于将四个金属橡胶垫3的压力传递到应变梁2-5上，同时防止金属橡胶垫3与应变梁2-5上的应变片直接接触。应变梁2-5与应变梁挡板2-6相交部分构成的连通部，且连通部在轴向方向上设有凸沿2-7，通过仿真分析可知，内圈1、外圈2间施加转矩后应力最大的位置为应变梁2-5与应变梁挡板2-6连接处(即：连通部)，相比其它的结构强化的方式：改变应变梁或应变梁挡板2-6的宽度和厚度，或使其具有一定的斜度，本专利技术在应变梁的相应位置设置凸沿2-7的效果最好，可以提高整个力矩传感器约20％的承载能力，同时对应变梁的刚度产生可以忽略不计的影响，且容易加工制造。金属橡胶垫3具有弹性和阻尼特性，起到限位和减震的作用。具体实施方式二：参见图1至图4说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的局部结构强化的大负载柔性力矩传感器的区别在于，环形外圈基板2-1与环形凸台2-2之间设有加强筋2-3。本实施方式中，加强筋2-3的设置方式提高了外圈2的承载强度。具体实施方式三：参见图1至图4说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一或二所述的局部结构强化的大负载柔性力矩传感器的区别在于，外圈2上的环形外圈基板2-1的另一个端面上设有凹沿2-4，内圈1扣装在外圈2的凹沿2-4上。本实施方式中，内圈1扣装在外圈2的凹沿2-4上，保证了内圈1和外圈2的紧密连接，限置内圈1在径向串动。具体实施方式四：参见图1至图4说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一或二所述的局部结构强化的大负载柔性力矩传感器的区别在于，挡板4上设有定位凸台4-1，且定位凸台4-1与内圈1固定连接。本实施方式中，定位凸台4-1与内圈1固定连接的方式提高了整个力矩传感器的稳定性。挡板4上设置有定位凸台4-1，定位凸台4-1可以提高内圈1和挡板4间的连接强度。具体实施方式五：参见图1至图4说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一或二所述的局部结构强化的大负载柔性力矩传感器的区别在于，内圈1的环形内圈基板1-1上设有第一应变凸沿安置孔1-1-1，且挡板4上设有第二应变凸沿安置孔4-2；第一应变凸沿安置孔1-1-1和第二应变凸沿安置孔4-2用于共同盛放凸沿2-7。本实施方式中，环形内圈基板1-1上开有的第一应变凸沿安置孔1-1-1和挡板4上设有的第二应变凸沿安置孔4-2为外圈2上应变梁2-5的旋转留有足够的旋转空间，保证内圈1与外圈2间的转矩，这种关系更好的反映在应变梁2-5上，避免偏载和摩擦对应变梁2-5产生干扰而影响转矩的测量，提高了转矩测量精度，使测量精度提高了30％以上。挡板4上设有第二应变凸沿安置孔4-2，为外圈2旋转留有足够的旋转空间，同时也留出应变片的接线空间。内圈挡板1-2和外圈内壁接触，挡板4和应变梁2-5接触，从而限制住内圈1和外圈2间的轴向运动，轴向接触面积小，可以减小转动时的摩擦。具体实施方式六：参见图1至图4说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的局部结构强化的大负载柔性力矩传感器的区别在于，所述内圈1和挡板4通过螺栓固定连接。具体实施方式七：参见图1至图4说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一或二所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.局部结构强化的大负载柔性力矩传感器，包括内圈(1)、外圈(2)、四个金属橡胶垫(3)和挡板(4)，内圈(1)扣装在外圈(2)上，四个金属橡胶垫(3)预压缩在内圈(1)和外圈(2)扣合后所围成的区域空间内，挡板(4)盖装在外圈(2)上；外圈(2)包括环形外圈基板(2‑1)、环形凸台(2‑2)、两个应变梁(2‑5)、四个应变梁挡板(2‑6)，环形凸台(2‑2)设置在环形外圈基板(2‑1)的一个端面上，两个应变梁(2‑5)设置在环形外圈基板(2‑1)内壁上，且每个应变梁(2‑5)的左右两侧各设有一个应变梁挡板(2‑6)，且应变梁(2‑5)上安装有应变片；其特征在于，应变梁(2‑5)与应变梁挡板(2‑6)相交部分构成的连通部，且连通部在轴向方向上设有凸沿(2‑7)，凸沿(2‑7)与内圈(1)和挡板(4)均为非接触。

【技术特征摘要】
1.局部结构强化的大负载柔性力矩传感器，包括内圈(1)、外圈(2)、四个金属橡胶垫(3)和挡板(4)，内圈(1)扣装在外圈(2)上，四个金属橡胶垫(3)预压缩在内圈(1)和外圈(2)扣合后所围成的区域空间内，挡板(4)盖装在外圈(2)上；外圈(2)包括环形外圈基板(2-1)、环形凸台(2-2)、两个应变梁(2-5)、四个应变梁挡板(2-6)，环形凸台(2-2)设置在环形外圈基板(2-1)的一个端面上，两个应变梁(2-5)设置在环形外圈基板(2-1)内壁上，且每个应变梁(2-5)的左右两侧各设有一个应变梁挡板(2-6)，且应变梁(2-5)上安装有应变片；其特征在于，应变梁(2-5)与应变梁挡板(2-6)相交部分构成的连通部，且连通部在轴向方向上设有凸沿(2-7)，凸沿(2-7)与内圈(1)和挡板(4)均为非接触。2.根据权利要求1所述的局部结构强化的大负载柔性力矩传感器，其特征在于，环形外圈基板(2-1)与环形凸台(2-2)之间设有加强筋(2-3)。3.根据权利要求1或2所述的局部结构强化的大负载柔性力矩传感器，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵杰，张赫，李治廷，王继龙，刘玉斌，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23