一种模块化的无线扭矩传感器装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种模块化的无线扭矩传感器装置，包括摩擦轮传动轴和电气模块，摩擦轮传动轴包括传动芯轴、动力传入装置和动力传出装置，传动芯轴分别连接动力传入装置和动力传出装置，实现动力传入装置和动力传出装置与传动芯轴的同步旋转；动力传入将动力通过传动芯轴传入装置，动力传出装置通过传动芯轴将动力传出所述装置；动力传出装置将动力传出时受外部从动件阻力产生扭矩，使传动芯轴发生形变，通过应变片测量形变产生的应力；电气模块包括控制电路PCB板和应变片，传动芯轴连接应变片，控制电路PCB板连接所述应变片，用于采集所述应力数据并所述应力数据发送至远端上位机。本发明专利技术装置模块化，能够快速替换，灵活、适用范围广泛。

A Modular Wireless Torque Sensor Device

The invention provides a modular wireless torque sensor device, which includes a friction wheel drive shaft and an electrical module. The friction wheel drive shaft includes a transmission mandrel, a power transmission device and a power transmission device. The transmission mandrel is respectively connected with a power transmission device and a power transmission device to realize the synchronous rotation of the power transmission device and the power transmission device with the transmission mandrel. Force is transmitted to the device through the transmission mandrel, and power is transmitted to the device through the transmission mandrel; the power transmission device generates torque when the power is transmitted by the resistance of the external follower, causing the transmission mandrel to deform and measuring the stress produced by the deformation through the strain gauge; the electrical module includes the control circuit PCB board and the strain gauge, the transmission mandrel is connected with the strain gauge, and the control circuit PCB is controlled by the power transmission mandrel. The plate is connected with the strain gauge for collecting the stress data and transmitting the stress data to the remote upper computer. The device of the invention is modular, can be quickly replaced, flexible and has wide application range.

【技术实现步骤摘要】
一种模块化的无线扭矩传感器装置
本专利技术涉及机电控制领域，涉及力反馈控制，具体地，涉及一种模块化的无线扭矩传感器装置。
技术介绍
机械动力设备的扭矩变化是其运行状况的重要信息。扭矩测试是各种机械产品开发、质量检验、优化控制、工况监测和故障诊断等必不可少的内容。关于设备应力尤其是扭矩传感器已广泛应用于各种机械设备的动力驱动系统优化设计和智能控制上。对于转轴扭矩的测量，常见的方式包含金属应变片式和非接触式。金属应变片式利用转轴发生形变，改变转轴上应变片电阻值大小而实现扭矩的测量。而对于采用导电滑环的扭矩传感器，通常分立为旋转端与固定端，通过导电滑环实现物理连通，实现应变信号在旋转部分和静止部分的传递，应变片以惠斯通电桥全桥方式连接实现屏蔽弯矩、轴向应力的影响，在固定端实现供电、信号放大与A/D转换。然而导电滑环属于磨擦接触，因此不可避免地存在着磨损并发热，因而限制了导电滑环的使用寿命；导电滑环的接触不良可能引起信号波动，引起较大的测量误差，甚至导致测量不成功。非接触式通常由扭杆连接输入输出轴，扭杆扭转造成输入轴上花键的磁感强度变化，通过线圈转化为电压信号实现扭矩的测量。与金属应变片式扭矩传感器相比，虽然非接触式扭矩传感器具有不易磨损、寿命长等优点，但其分辨力较低、测量范围较小，结构也更加复杂，尺寸较大，成本也比应变片式扭矩传感器更高。由于非接触式测量的是动态扭矩，且对于磁感应强度有要求，因此也限制了其应用场合。对于传统的扭矩传感器，通常采用有线方式进行测量，在高速转动情况下，从转轴引出信号线较为困难，很容易造成信号线之间的缠绕或因磨损造成线路破损信号丢失，导致测量误差或测量失败。另外对于一些小型精密场合，例如医疗手术等，对尺寸及可靠性要求较高，另外装置的快捷拆装和可替换性也十分必要，装置的既能够方便快速的进行清洁消毒，也能够在多种场合替换使用。经检索，公开号为105424244A、104792445A的中国专利技术专利，分别涉及；前者采用非接触式测量，质量和体积尺寸较大，易受外界磁场影响，且无法实现静态扭矩的测量，如电机堵转等情况；后者采用应变片式测量，但尺寸较大，多采用焊接等连接方式，装置的可拆卸性较差，维护成本较高。因此，市场急需一种测量精度高，体积较小、便于拆卸，适用于多种场合的扭矩传感器。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种模块化的无线扭矩传感器装置，用于小型精密的场合且具有较强可替换性。根据本专利技术提供一种模块化的无线扭矩传感器装置，所述装置包括摩擦轮传动轴和电气模块，其中，所述电气模块设置于所述摩擦轮传动轴上，所述摩擦轮传动轴包括传动芯轴、动力传入装置和动力传出装置，所述传动芯轴分别连接所述动力传入装置和所述动力传出装置，实现所述动力传入装置和所述动力传出装置与所述传动芯轴的同步旋转；所述动力传入将动力通过所述传动芯轴传入所述装置，所述动力传出装置通过所述传动芯轴将所述动力传出所述装置；所述电气模块包括控制电路PCB板和应变片，所述传动芯轴连接所述应变片，所述动力传出装置将动力传出时受外部从动件阻力产生扭矩，使所述传动芯轴发生形变，通过所述应变片测量形变产生的应力；所述控制电路PCB板连接所述应变片，用于采集所述应力数据并将所述应力数据发送至远端上位机。通过控制电路PCB板实现远程信号采集，便捷且安全性高。优选地，所述摩擦轮传动轴还包括第一轴承和第二轴承，所述第一轴承和所述第二轴承分别设置于所述传动芯轴的两端，用于实现与机座的连接；机座为固定件实现装置的支撑和固定作用。所述动力传入装置为齿轮；所述动力传出装置为传动装置，所述传动装置为摩擦轮或者齿轮，用于实现线传动；也可采用为其他传动装置。所述传动芯轴为薄壁圆筒状传动轴，所述薄壁传动轴上均匀分布多个所述应变片；通过所述齿轮的啮合带动所述传动轴旋转，从而带动所述摩擦轮旋转。优选地，所述传动芯轴上沿中心对称设有多个孔，实现应变的扩大便于采集与测量；多个所述应变片与所述孔均匀间隔布置。采用薄壁圆筒状传动轴，使所述传动芯轴的内部空心且表面均匀开孔以扩大应力，扭矩测量的分辨率高。优选地，所述传动芯轴上沿中心对称设置四个所述孔，所述传动芯轴上连接四个所述应变片，四个所述应变片均匀分布四个所述孔之间，四个所述应变片分别与所述传动芯轴轴线呈45°角或135°角，且四个所述应变片方向两两相对，以实现轴向应力的抵消，实现切向应力的测量，通过实验标定，能过获得传动过程中的扭矩；四个所述应变片组成惠斯通电桥，当所述传动芯轴产生不同大小的形变时，所述惠斯通电桥输出不同大小的电流值。优选地，所述电气模块还包括连接板、电源，其中，所述电源和所述控制电路PCB板设置所述连接板形成内芯，所述电源为所述控制电路PCB板的供电，所述内芯通过连接板连接于所述传动芯轴的一端面，使所述电源和所述控制电路PCB板置于所述传动芯轴内部。内芯具有较小体积和紧凑的位置布置，设置于传动芯轴，装置体积小，空间利用率高；优选地，所述控制电路PCB板包括供电电路、放大电路、模数转换电路和无线传输模块，其中：供电电路的输入端连接所述电源，输出端连接所述惠斯通电桥；放大电路的输入端连接所述惠斯通电桥输出端，输出端连接所述模数转换电路；模数转换电路的输入端连接所述放大电路，输出端连接所述无线传输模块；无线传输模块的输入端连接所述模数转换电路，输出端与所述上位机无线通讯；所述供电电路实现稳压功能；所述放大电路实现应变信号的放大功能；所述模数转换电路实现模拟量信号转换为数字量信号；所述无线传输模块实现所述应变信号的无线传输功能。优选地，所述摩擦轮传动轴中所述第一轴承、所述第二轴承、所述齿轮和所述摩擦轮分别为标准件，使所述摩擦轮传动轴为机械模块，可实现快速替换和重复利用；适用多种需求场合。优选地，所述机械模块与所述电气模块可拆卸式设置，可实现维护更新。优选地，所述齿轮和所述摩擦轮与传动芯轴过渡配合，通过固定件紧固。可选用紧定螺钉紧固。优选地，所述应变片为微型应变片。优选地，所述电源为可充电式电源，可充电式电源分别与控制电路PCB板、开关相连，实现供电和充电功能。优选地，所述连接板为圆柱形，所述连接板包括充电接口、开关，其中：所述充电接口与所述电源相连，实现便捷充电过程；所述开关为一个单刀双掷开关，用以实现电路的供电状态、断电状态和充电状态。安全性高。本专利技术优选方式的工作原理如下：将内芯置于摩擦轮传动轴内部后，拨动单刀双掷开关至供电状态，即可充电电源为控制电路PCB板供电，将第一轴承和第二轴承分别卡入机座对应卡槽中，且使电机传动齿轮与传动芯轴上的齿轮啮合；电机与传动齿轮相连，转动时带动摩擦轮传动轴上齿轮旋转，将动力传入装置；摩擦轮与外部从动件，如线传动用摩擦轮等，压紧实现摩擦传动，将动力传出。由于摩擦轮传动轴旋转传动产生扭矩，传动芯轴发生形变，使分布于传动芯轴上的四个应变片发生形变，电气模块中惠斯通电桥输出电流产生变化。通过更换传动芯轴的摩擦轮或齿轮，如更换齿数、模数不同的齿轮或锥齿轮等，能够实现不同传动比、多种场合的多种需求的应用。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：本专利技术的传动芯轴为内部空心且表面均匀开孔以扩大应力，扭矩测量的分辨率高；采用模块化设计，传动芯轴上动力传入装置和动力传本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模块化的无线扭矩传感器装置，其特征在于：所述装置包括摩擦轮传动轴和电气模块，其中，所述电气模块设置于所述摩擦轮传动轴内；所述摩擦轮传动轴包括传动芯轴、动力传入装置和动力传出装置，所述传动芯轴分别连接所述动力传入装置和所述动力传出装置，实现所述动力传入装置和所述动力传出装置与所述传动芯轴的同步旋转；所述动力传入将动力通过所述传动芯轴传入所述装置，所述动力传出装置通过所述传动芯轴将所述动力传出所述装置；所述电气模块包括控制电路PCB板和应变片，所述传动芯轴连接所述应变片，所述动力传出装置将动力传出时受外部从动件阻力产生扭矩，使所述传动芯轴发生形变，通过所述应变片测量形变产生的应力；所述控制电路PCB板连接所述应变片，用于采集所述应力数据并将所述应力数据发送至远端上位机。

【技术特征摘要】
1.一种模块化的无线扭矩传感器装置，其特征在于：所述装置包括摩擦轮传动轴和电气模块，其中，所述电气模块设置于所述摩擦轮传动轴内；所述摩擦轮传动轴包括传动芯轴、动力传入装置和动力传出装置，所述传动芯轴分别连接所述动力传入装置和所述动力传出装置，实现所述动力传入装置和所述动力传出装置与所述传动芯轴的同步旋转；所述动力传入将动力通过所述传动芯轴传入所述装置，所述动力传出装置通过所述传动芯轴将所述动力传出所述装置；所述电气模块包括控制电路PCB板和应变片，所述传动芯轴连接所述应变片，所述动力传出装置将动力传出时受外部从动件阻力产生扭矩，使所述传动芯轴发生形变，通过所述应变片测量形变产生的应力；所述控制电路PCB板连接所述应变片，用于采集所述应力数据并将所述应力数据发送至远端上位机。2.根据权利要求1所述的一种模块化的无线扭矩传感器装置，其特征在于：具有以下一种或多种特征：-所述摩擦轮传动轴还包括第一轴承和第二轴承，所述第一轴承和所述第二轴承分别设置于所述传动芯轴的两端，用于实现与机座的连接；所述机座为固定件，实现所述装置的支撑与连接；-所述动力传入装置为齿轮；-所述动力传出装置为传动装置，所述传动装置为摩擦轮或者齿轮，用于实现线传动；通过所述齿轮的啮合带动所述传动芯轴旋转，从而带动所述摩擦轮旋转；-所述传动芯轴为薄壁圆筒状传动轴，所述薄壁传动轴上均匀分布多个所述应变片。3.根据权利要求2所述的一种模块化的无线扭矩传感器装置，其特征在于：所述传动芯轴上沿中心对称设有多个孔，实现应变的扩大便于采集与测量；多个所述应变片与所述孔均匀间隔布置。4.根据权利要求3所述的一种模块化的无线扭矩传感器装置，其特征在于：所述传动芯轴上沿中心对称设置四个所述孔，所述传动芯轴上连接四个所述应变片，四个所述应变片分别与所述传动芯轴轴线呈45°角或135°角，且四个所述应变片方向两两相对，以实现轴向应力的抵消，实现切向应力的测量；四...

【专利技术属性】
技术研发人员：付庄，眭晨鑫，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31