具有适度柔性的高可靠性扭矩传感器制造技术

提供了一种扭矩传感器，其包括包含内部部件和外部部件的可变形板。该扭矩传感器还包括：连接所述内部部件和所述外部部件的一个或多个弹性元件。该扭矩传感器还包括转换器安装板，其与可变形板的内部部件刚性地连接。在某些实施例中，弹性元件包括至少一个蛇形的弹性元件。在其他实施例中，弹性元件可以包括梁结构。在一些实施例中，该扭矩传感器包括多个调零销和多个调零销槽，当它们接合时，将传感器的旋转限制于较小的调零范围。在某些实施例中，该扭矩传感器还可以包括多个硬止挡销，当施加的扭矩超过预定阈值时，硬止挡销与停止件接合。

High reliability torque sensor with moderate flexibility

A torque sensor is provided, which includes a deformable plate including an internal part and an external part. The torque sensor also includes: one or more elastic elements connecting the internal part and the external part. The torque sensor also comprises a converter mounting plate which is rigidly connected with an internal part of the deformable plate. In some embodiments, the elastic element includes at least one serpentine elastic element. In other embodiments, the elastic element may include a beam structure. In some embodiments, the torque sensor includes a plurality of zero adjustment pins and a plurality of zero adjustment pin slots, when they are engaged, the rotation of the sensor is limited to a small zero adjustment range. In some embodiments, the torque sensor may also include a plurality of hard stop pins that engage with the stop when the applied torque exceeds a predetermined threshold value.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有适度柔性的高可靠性扭矩传感器优先权本申请根据美国法典35U.S.C.§119(e)要求于2017年8月25日提交的申请号为62/550,388，名称为“具有适度柔性的高可靠性扭矩传感器”的美国临时专利申请的优先权，以及要求于2018年8月22日提交的第62/721,377号，名称为“具有适度柔性和过载保护的高可靠性扭矩传感器”的美国临时专利申请的优先权，它们的内容通过引用整体并入本文。
技术介绍
机器手臂在很多产业中用于辅助制造、组装、研究和其他操作。在某些应用中，使用基于扭矩控制的机器人手臂是有利的，该机器人手臂利用扭矩测量来控制机器人手臂的运动。例如，基于扭矩控制的机器人手臂可以实现更有效的实时计划方法，以可以用于与复杂的制造环境进行交互并完成复杂的任务。该机器人手臂依赖于精确的扭矩测量，因此，高质量的扭矩传感器通常是基于扭矩控制的机器人手臂的关键组成部分。
技术实现思路
本文所公开的装置提供了低成本的扭矩传感器设计，其具有高精度、优异的紧凑性、适度的柔性、低重量及有效的过载保护机构。在一个示例中，提供了一种扭矩传感器，该扭矩传感器包括：由鲁棒(robust)材料制成的可变形板，包括内部部件和外部部件；一个或多个弹性元件，其中一个或多个弹性元件连接内部部件和外部部件；以及至少一个信号对，其中每一信号对包括信号发射器和信号接收器。在另一示例中，一个或多个弹性元件还包括至少一个蛇形(serpentine-shaped)的弹性元件，弹性元件在内部部件和外部部件之间沿切线方向延伸。在另外的示例中，当围绕扭矩传感器的中心轴线施加的扭矩超过扭矩传感器的最大扭矩阈值时，蛇形的弹性元件与外部部件和内部部件中的一个或者两个形成多个接触。在又一另外的示例中，弹性元件包括至少两个蛇形的弹性元件，这些弹性元件关于可变形板的中心径向对称。在另一示例中，信号对的信号发射器安装在可变形板上。在另外的示例中，信号对的信号检测器安装在转换器(transducer)安装板上。在又一另外的示例中，扭矩传感器还包括位于转换器板和可变形板的外表面上的至少一个传感器屏蔽壳，以覆盖信号发生器和信号检测器对。在另一示例中，扭矩传感器还包括转换器安装板，该转换器安装板刚性地连接到可变形板的内部部件。在另外的示例中，一个或多个弹性元件还包括多个梁结构，多个梁结构将内部部件连接到外部部件。在又一另外的示例中，扭矩传感器还包括多个硬止挡销，在当施加到扭矩传感器的扭矩超过预定阈值时，硬止挡销与位于可变形板上的停止装置接合。在另一示例中，扭矩传感器还包括多个调零销和多个调零销槽，当多个调零销与多个调零装置接合时，扭矩传感器的旋转被限制在较小的调零范围。本文中所描述的特征和优点并非穷举，特别地，鉴于附图和描述，许多附加特征和优点对于本领域普通技术人员而言是明显的。此外，应注意的是，说明书中所使用的语言主要是出于可读性和指导性目的而选择的，并不限制本申请主题的保护范围。附图说明图1示出了根据本专利技术的示例性实施例的传感器组件。图2示出了根据本专利技术的示例性实施例的可变形板。图3示出了根据本专利技术的示例性实施例的扭矩传感器组件。图4示出了根据本专利技术的示例性实施例的扭矩传感器组件的截面视图。图5示出了根据本专利技术的示例性实施例的扭矩传感器组件的调零机构。具体实施方式已知的扭矩传感器包括基于应变仪的扭矩传感器和在串联弹性驱动器(简称SEA)中的感应机构。这些已知技术都具有某些缺点。例如，基于应变仪的传感器需要复杂的信号调节，并且不具备理想的过载保护。此外，SEA需要复杂的机械部件，并为系统引入了显著的柔性要求。另外，已知的扭矩传感器通常太软或者太硬。这些问题可能会损害控制系统的响应时间或者降低传感器的可靠性和信噪比。太软的传感器通常包括用于储存能量的多个弹性元件。这些弹性元件的尺寸通常较大。太硬的传感器通常是基于应变仪的传感器，并且具有较差的过载保护，因此当施加的扭矩超过传感器感应范围内的最大扭矩时，传感器可能会发生损坏。基于应变仪的传感器是最常见的类型，其易受到制造公差和温度变化的影响，并且通常需要复杂的信号调节，而信号的调节通常由单独的设备来执行。在冲击力和扭矩的作用下，应变仪及其与机械结构的固定会经历信号蠕变，从而在使用期间导致测量随着时间发生偏离。根据本申请的示例，解决先前存在的扭矩传感器的这些问题的一种新颖方案是提供可变形板，该可变形板具有连接该可变形板的内部部件和外部部件的弹性元件。在给定的扭矩感应范围中可优化该弹性元件的刚度，从而避免软的传感器和硬的传感器存在的问题。例如，弹性元件可以是蛇形的或者可以具有弹性梁结构。另外，在某些配置中，当扭矩超过最大扭矩时，弹性元件可以与可变形板的外部部件和/或内部部件接触，或者弹性元件可以与多个硬止挡销钉接触。在这种扭矩被施加时，这种接触可以显著地增加弹性元件的刚度，从而提供更好的过载保护。又或者，传感器组件可以包括一个或多个硬止挡销钉，其被配置为当施加的扭矩超过给定阈值时起作用，从而提供过载保护。另外，可以使用极性相反的磁体在转换器(transducer)附近产生线性磁场，转换器用于测量信号，该信号指示所施加的扭矩。这种配置有助于降低信号噪音，从而实现足够的信号灵敏度。图1是根据本申请的传感器组件100的示例性实施例。传感器组件100包括可变形板104和转换器板112。在某些实施例中，可变形板104和转换器板112可以由一种或多种高鲁棒性材料制成，例如铝合金、钛合金和不锈钢合金。可变形板104可以按照一体式二维弯曲的结构设计，其具有利用弹性元件连接的内部部件120和外部环122，弹性元件包括弹性元件116、118。安装结构106、124可以设置在内部部件120和外部部件122上。如图所示，安装结构106、124可以包括一种或多种圆形安装孔的形式，或者安装结构也可以包括螺纹孔、销钉、铆钉、楔形物或者配合传感器几何形状的形式，用于形成接触以及传递扭矩和力。安装结构106、124可以用于施加、测量，和在传感器组件100和连接部分(例如，机械臂的其他部分)之间输出扭矩传递。例如，如果在内部部件120处施加扭矩，则围绕内部部件120的安装结构106可用于施加扭矩，而在外部部件122附近的安装结构124可用于测量和/或输出扭矩。反之，如果在外部部件122处施加扭矩，则安装结构124可以施加扭矩，而安装结构106可用于测量和/或输出扭矩。转换器板112可以在内部部件120处并与可变形板104刚性地连接。例如，转换器板112可以仅通过在内部部件120附近的安装结构106与可变形板104固定连接。在某些实施例中，信号检测器可以安装在转换器安装口(pocket)102中(例如，如图2所示，靠近在槽204中的传感器电路108)，信号发生器可以安装在可变形板104中(例如，图2中所示的信号发射器212)。信号检测器可以用于检测信号，该信号由一个或多个传感器电路108(例如，信号发射器212)响应于施加到传感器组件100的扭矩而本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种扭矩传感器，包括：/n由鲁棒材料制成的可变形板，包括内部部件和外部部件；/n一个或多个弹性元件，其中所述一个或多个弹性元件连接所述内部部件和所述外部部件；以及/n至少一个信号对，其中每一信号对包括信号发射器和信号接收器。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170825 US 62/550,388;20180822 US 62/721,3771.一种扭矩传感器，包括：
由鲁棒材料制成的可变形板，包括内部部件和外部部件；
一个或多个弹性元件，其中所述一个或多个弹性元件连接所述内部部件和所述外部部件；以及
至少一个信号对，其中每一信号对包括信号发射器和信号接收器。


2.根据权利要求1所述的扭矩传感器，其特征在于，所述一个或多个弹性元件还包括：
至少一个蛇形的弹性元件，所述弹性元件在所述内部部件和所述外部部件之间沿切线方向延伸。


3.根据权利要求2所述的扭矩传感器，其特征在于，当围绕所述扭矩传感器的中心轴线施加的扭矩超过所述扭矩传感器的最大扭矩阈值时，所述蛇形的弹性元件与所述外部部件和所述内部部件中的一个或两个形成多个接触。


4.根据权利要求2所述的扭矩传感器，其特征在于，所述弹性元件包括关于所述可变形板的中心径向对称的至少两个蛇形的弹性元件。


5.根据权利要求1所述的扭矩传感器，其特征在于，所述信号对的所述信号发射器安装在所述可变形板上。


6.根据权利要求5所述的扭矩传感器，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：王世全，姜皓，
申请(专利权)人：非夕机器人有限公司，非夕机器人公司，
类型：发明
国别省市：开曼群岛;KY