力传感型谐波减速机，为一种双柔轮力传感型谐波减速机，包括强柔轮、弱柔轮、波发生器和至少一片应变片，所述强柔轮和弱柔轮同轴轴向固定并径向固定，强柔轮和弱柔轮上分别设有可以相互啮合的齿，强柔轮和弱柔轮存在齿数差，波发生器使弱柔轮发生非圆弹性形变并与强柔轮部分啮合，强柔轮与弱柔轮接触部分受到弱柔轮的的径向压力产生非圆弹性形变，所述应变片贴合在强柔轮管状薄壁上，所述应变片随强柔轮的形变发生相应形变。
【技术实现步骤摘要】
力传感型谐波减速机
本专利技术涉及减速机领域，尤其是涉及一种力传感型谐波减速机。
技术介绍
谐波齿轮传动是美国专利技术家C.W.Musser于1955年专利技术创造的，它是一种利用柔性工作构件的弹性形变进行运动或动力传递的一种新型传动方式，它突破了机械传动采用刚性构件机构的模式，使用了一个柔性构件来实现机械传动，从而获得了一系列其他传动所难以达到的特殊功能。由于中间柔性构件的变形过程基本上是一个对称的谐波，故而得名。除前苏联把这种传动称为波形传动或柔性轮传动外，美、英、德、日等国均称为“谐波传动”。谐波齿轮传动减速原理是指利用柔轮、刚轮和波发生器的相对运动，主要是柔轮的可控弹性变形来实现运动和动力传递的。波发生器内的椭圆形凸轮在柔轮内旋转使柔轮产生变形。在波发生器的椭圆形凸轮长轴两端处的柔轮轮齿和刚轮轮齿进入啮合时，短轴两端处的柔轮轮齿与刚轮轮齿脱开。对于波发生器长轴和短轴之间的齿，沿柔轮和刚轮周长的不同区段内处于逐渐进入啮合的半啮合状态，称为啮入；处于逐渐退出啮合的半啮合状态，称为啮出。当波发生器连续转动时，柔轮不断产生形变，使两轮轮齿在啮入、啮合、啮出和脱开四种运动不断改变各自原来的工作状态，产生错齿运动，实现了主动波发生器到柔轮的运动传递。现有的谐波齿轮传动装置的构成①刚轮:刚性的内齿轮，一般情况下比柔轮多2齿，通常固定在机壳上；②柔轮:开口部外圈带有齿轮的薄杯形金属弹性部件，它随波发生器的转动而变形，通常与输出轴连接；③波发生器:由一个椭圆形凸轮和一个柔性轴承组成，通常与输入轴相连。柔性轴承内圈固定在凸轮上，外圈可通过滚珠实施弹性形变成椭圆形。目前协作机器人已经成为机器人未来主流的发展趋势，协助机器人需要机器人对各关节减速机的扭矩负载状态有一定的测试能力并作出相应的避让被动拖拽等反应动作，现有主要的方法有通过电机的电流反馈和在机器人结构件中加入扭矩传感器等方式实现减速机的扭矩负载测量；电机的电流负债反馈方法精度有限，灵敏度也相对不高，在机器人结构件中加入扭矩传感器增加机器人结构的复杂度而且降低了机器人整体的传动刚性。应变片是由敏感栅等构成用于测量应变的元件。电阻应变片的工作原理是基于应变效应制作的，即导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值相应的发生变化，这种现象称为“应变效应”；半导体应变片是用半导体材料制成的，其工作原理是基于半导体材料的压阻效应。压阻效应是指当半导体材料某一轴向受外力作用时，其电阻率发生变化的现象。
技术实现思路
本专利技术提出了一种力传感型谐波减速机。本专利技术所采用的技术方案是。力传感型谐波减速机，为一种双柔轮力传感型谐波减速机，包括强柔轮、弱柔轮、波发生器和至少一片应变片，所述强柔轮和弱柔轮同轴轴向固定并径向固定，强柔轮和弱柔轮上分别设有可以相互啮合的齿，强柔轮和弱柔轮存在齿数差，波发生器使弱柔轮发生非圆弹性形变并与强柔轮部分啮合，强柔轮与弱柔轮接触部分受到弱柔轮的径向压力产生非圆弹性形变，所述应变片贴合在强柔轮管状薄壁上，所述应变片随强柔轮的形变发生相应形变。双柔轮力传感型谐波减速机就是用刚性大于现有谐波减速机柔轮的一个强柔轮替代现有谐波减速机的钢轮，所以说强柔轮区别于现有钢轮的一个显著特征是：所述强柔轮具有与现有谐波减速机柔轮相似的柔性薄壁，也就是说强柔轮包含有在可以弹性形变齿圈结构与不能弹性形变的连接法兰盘结构之间的一段可以弹性形变的薄壁结构，这段可以利于齿圈结构面发生非圆弹性形变的结构通常选用薄壁管状结构；由于强柔轮具备了薄壁管装结构，强柔轮管状薄壁两端的相对周向变形量与减速机的扭矩负载成线性关系或近似线性关系，所以在强柔轮上贴合应变片后只需要在测量时将应变片信号引线接入到相应的测量电路模块就可以测量出强柔轮的变形量，所述信号引线可以在强柔轮法兰和相连零件上打孔穿出也可以从减速机侧面引出；强柔轮受弱柔轮径向力产生的非圆变形量远小于传统减速机的柔轮，非圆变形对应变片的信号干扰相对比较容易被测量电路模块通过硬件或软件算法滤除，而且强柔轮较小的非圆变形量也有助于应变片和贴合材料的抗疲劳；力传感原理就是将强柔轮作为了传统扭矩传感器的扭转弹性零件，因为目前的力学传感器较为常规的做法就是在可以受力变形的弹性零件表面用树脂胶或硅胶等粘合剂贴合应变片或在内孔通过树脂胶或硅胶等封装应变片的方法，通过测量应变片电阻值的变化测量弹性零件的变形量来测量弹性零件的受力；所述弱柔轮在波发生器的作用下发生非圆弹性形变并且强柔轮在弱柔轮非圆变形后的啮合部分齿的径向压力下发生非圆弹性形变，所述弱柔轮始终保持有部分齿随着波发生器的自转方向连续啮入啮出强柔轮的齿，由于强柔轮和弱柔轮存在齿数差异，所以表现出波发生器自转转动驱动强柔轮和弱柔轮会发生相对转动，实现减速增扭的减速机效果，波发生器上设有与输入动力源连接的轴孔或者法兰盘，强柔轮和弱柔轮上分别设置固定法兰盘和输出法兰盘；实际应用时所述波发生器大多选用椭圆凸轮并在凸轮外圈设有滚动轴承的结构，椭圆凸轮属于2头凸轮能够导致弱柔轮有两处齿与强柔轮啮合，所述强柔轮和弱柔轮之间的齿数差应为波发生器的凸轮头数的整数倍，理论上讲还可以使用单头凸轮或三头以上的多头凸轮使弱柔轮与强柔轮有一处或多处啮合，使用不同头数的凸轮对强柔轮和弱柔轮的齿数和齿形有相应的要求；强柔轮和弱柔轮可以使用摆线齿、渐开线齿，三角形齿、梯形齿以及圆摆线齿等，使用双柔轮的目的在于允许在谐波减速机运转时强柔轮可以随着弱柔轮存在少量或微量非圆弹性形变；这样不但能增加谐波减速机对零件工差的容错能力，还能提升谐波减速机的抗磨损能力从而延长精度寿命，因此也就允许使用较为廉价的材料和加工工艺来生产制造精度较好的谐波减速机，从而大幅度降低谐波减速机的成本，本专利技术的专利技术点在于利用双柔轮谐波减速机（公开号CN109139855A）的特殊结构巧妙的将应变片与强柔轮贴合形成包含在谐波减速机内部的扭矩传感器，给对减速机扭矩承载状态有需要的机器人或设备的设计和生产提供便利。所述强柔轮的壁厚应该大于等于弱柔轮壁厚的2倍且小于弱柔轮壁厚的5倍。所述的强柔轮的壁厚或弱柔轮的壁厚是指柔轮主要柔性非圆形变的管状部分的壁厚，上述限定主要是考虑到强柔轮和弱柔轮通常会选用弹性模量相近似或相同的材料的前提下，如果强柔轮和弱柔轮选用了弹性模量差异较大的材料则应根据材料弹性模量差异换算上述壁厚限定范围。作为优选方案，所述应变片为电阻型应变片。电阻应变片是由用于测量应变的元件。它能将机械构件上应变的变化转换为电阻变化。电阻应变片有多种形式，常用的有丝式和箔式。电阻应变片是由Φ=0.02-0.05mm的康铜丝或镍铬丝绕成栅状或用很薄的金属箔腐蚀成栅状夹在两层绝缘薄片中（基底）制成。用镀银铜线与应变片丝栅连接，作为电阻片引线。作为优选方案，所述力传感型谐波减速机包括至少一片半桥或全桥应变片。半桥应变片通常包含两组相互垂直的删丝，全桥应变片通常包含4组删丝，其中两组与另外两组垂直；为了更精确的测量通常会选用两片或多片应变片在被测工件上对称设置或均匀分布，应变片的删丝形状与排布都是可以自行定义的，可以从有利于测量的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.力传感型谐波减速机，其特征是：力传感型谐波减速机为一种双柔轮力传感型谐波减速机，包括强柔轮、弱柔轮、波发生器和至少一片应变片，所述强柔轮和弱柔轮同轴轴向固定并径向固定，强柔轮和弱柔轮上分别设有可以相互啮合的齿，强柔轮和弱柔轮存在齿数差，波发生器使弱柔轮发生非圆弹性形变并与强柔轮部分啮合，强柔轮与弱柔轮接触部分受到弱柔轮的径向压力产生非圆弹性形变，所述应变片贴合在强柔轮管状薄壁上，所述应变片随强柔轮的形变发生相应形变。/n
【技术特征摘要】
1.力传感型谐波减速机，其特征是：力传感型谐波减速机为一种双柔轮力传感型谐波减速机，包括强柔轮、弱柔轮、波发生器和至少一片应变片，所述强柔轮和弱柔轮同轴轴向固定并径向固定，强柔轮和弱柔轮上分别设有可以相互啮合的齿，强柔轮和弱柔轮存在齿数差，波发生器使弱柔轮发生非圆弹性形变并与强柔轮部分啮合，强柔轮与弱柔轮接触部分受到弱柔轮的径向压力产生非圆弹性形变，所述应变片贴合在强柔轮管状薄壁上，所述应变片随强柔轮的形变发生相应形变。
2.根据权利要求1所述的力传感型谐波减速机，其特征是：所述应变片为电阻型应变片。
3.根据权利要求1所述的力传感型谐波减速机，其特征是：所述力传感型谐波减速机还包括至少一片用于测量强柔轮在弱柔轮的径向压力下非圆变形的变形量状态的应变片。
4.力传感型谐波减速机，所述力传感型谐波减速机一种变形量可限制的双柔轮力传感型谐波减速机，其特征是：变形量可限制的双柔轮力传感型谐波减速机，包括强柔轮、弱柔轮、波发生器、强柔轮变形量限位零件和至少一片应变片，所述强柔轮和弱柔轮同轴轴向固定并径向固定，强柔轮和弱柔轮上分别设有可以相互啮合的齿，强柔轮和弱柔轮存在齿数差，波发生器使弱柔轮发生非圆弹性形变并与强柔轮部分啮合，强柔轮与弱柔轮接触部分受到弱柔轮的径向压力产生非圆弹性形变，所述强柔轮柔性管状壁无齿一面加工有限位接触面，所述强柔轮变形量限位零件与强柔轮相对固定，所述强柔轮变形量限位零件上加工有环形限位面，所述强柔轮受弱柔轮径向压力变形区域的限位接触面与所述强柔轮变形量限位零件上的环形限位面接触，强柔轮的变形量因强柔轮变形后与强柔轮变形量限位零件接触而受限制，所述应变片贴合在强柔轮管状薄壁上，所述应变片随强柔轮的形变发生相应形变。
5.根据权利要求4所述的力传感型谐波减速机，其特征是：所述应变片为电阻型应变片。
6.根据权利要求4所述的力传感型谐波减速机，其特征是：所述力传感型谐波减速机还包括至少一片用于测量强柔轮在弱柔轮的径向压力下非圆变形的变形量状态的应变片。
7.根...
【专利技术属性】
技术研发人员：凌子龙，
申请(专利权)人：爱磁科技深圳有限公司，
类型：新型
国别省市：广东;44
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