扭矩传感器装置制造方法及图纸

本公开提供了一种扭矩传感器装置(100，100

【技术实现步骤摘要】
扭矩传感器装置


[0001]本专利技术涉及一种扭矩传感器装置，该扭矩传感器装置构造成用于确定某个物体的扭矩，例如从动轴或机器人关节。

技术介绍

[0002]精确地检测物体(例如某个从动轴或关节)的扭矩是一个与多种应用相关的问题。一个具体的应用涉及机器人关节运动过程中的扭矩测量。在机器人的关节中，各种方向的载荷作用在该关节上，为了精确地检测作用在关节上的旋转方向上的扭矩，通常必须提供一些抵消机构，以便从测量过程中排除除旋转方向之外的方向上的载荷。然而，可靠地排除这种载荷是非常困难的。
[0003]在现有技术中，已知通过惠斯通电路和包括径向弹性扭矩传递部分的扭矩传感器来补偿除旋转方向之外的方向上的载荷(例如，参见WO2018/041948A1)。
[0004]然而，已知的扭矩传感器装置仍然存在扭矩测量缺乏准确性和相对庞大的构造的问题，而且，当涉及到通过传感器装置密封齿轮箱的目的时，需要连接到传感器主体的附加构件。
[0005]因此，需要一种扭矩传感器装置，该扭矩传感器装置允许精确的扭矩测量，并且能够以紧凑的轻质结构形成。

技术实现思路

[0006]为了解决上述需求，本专利技术提供了一种扭矩传感器装置，该扭矩传感器装置包括圆形主体，该圆形主体包括环形内凸缘和环形外凸缘以及位于环形内凸缘和环形外凸缘之间的圆形中间部分，其中环形内凸缘比环形外凸缘更靠近圆形主体的中心定位。圆形中间部分是连续的实心部分(不包括开口/切口)，其至少部分地可以在轴向方向上具有比内和/或外凸缘更小的厚度。原则上，圆形主体可以是一体主体，或者可以包括相互附接的部件。
[0007]这种具有沿径向方向从内凸缘连续延伸到外凸缘的中间部分的紧凑构造允许使用扭矩传感器装置来密封例如齿轮箱，而不需要如现有技术中所必需的附加密封器件，如密封膜例如，扭矩传感器装置适于密封机器人关节的齿轮箱。
[0008]根据一个实施例，内施力开口形成在内凸缘中，外施力开口形成在外凸缘中。待测量扭矩例如通过所涉及的旋转轴和某静态构件，经由连接到内和外施力开口的连接构件而被传递。因此，可以测量在内凸缘和外凸缘之间施加的扭矩。
[0009]多个测量换能器可以特别地以成对的方式形成在圆形中间部分中和/或上。测量换能器可以包括硅应变仪、箔应变仪和薄层应变仪中的至少一者或由其组成。特别地，测量换能器对可以关于扭矩传感器装置的轴向方向(在垂直于圆形主体的主表面的方向上延伸穿过圆形主体的中心的轴线)对称地布置。应变仪可以感测剪切应变，特别地，其取向为相对于在平行于圆形主体主表面的方向上穿过圆形主体中心延伸的径向轴线倾斜45
°
，一对应变仪中的应变仪相对于该径向轴线对称地布置。彼此相对定位的测量换能器对限定了测
量通道。该布置允许消除或大大减少倾斜以及径向和轴向载荷对扭矩测量的影响，并且因此允许通过本专利技术的扭矩传感器装置获得的测量结果的准确度增加(也参见下面的详细描述)。
[0010]根据特定实施例，多个测量换能器包括至少四对测量换能器，其中每对测量换能器中的两个测量换能器相对于沿平行于圆形主体的主表面的方向延伸穿过圆形主体中心的轴线(径向轴线)对称定位。通过可靠地抑制径向和轴向载荷以及倾斜的影响，这种布置在测量精度方面可以是有利的。
[0011]四对测量换能器(例如，正好四对测量换能器)可以被设置为其中对于四对测量换能器中的每一对，该对测量换能器中的两个测量换能器相对于第一轴线对称地定位，该第一轴线在平行于圆形主体的主表面的方向上延伸穿过圆形主体的中心，且该第一轴线与第二轴线在周向方向上间隔90
°
，相邻的一对测量换能器中的两个测量换能器相对于该第二轴线对称地定位，且该第二轴线在平行于圆形主体的主表面的方向上延伸穿过圆形主体的中心。由于可靠地抑制了径向和轴向载荷以及倾斜的影响，通过这种布置可以提高测量精度。
[0012]关于减小径向载荷对所考虑的物体的扭矩测量的影响，在圆形中间部分中形成变窄/变薄部分可能是有利的，所述变窄(tapered out)/变薄(thinned out)部分不完全延伸穿过中间部分的厚度方向，厚度方向即，沿着在垂直于圆形主体的主表面的方向上延伸穿过圆形主体的中心的轴线的方向。变窄/变薄部分例如比内凸缘更靠近外凸缘，并且在圆形方向上比在径向方向上具有更长的延伸范围。
[0013]特别地，每个变窄部分在周向方向上的中心可以与在平行于圆形主体的主表面的方向上延伸穿过圆形主体的中心的轴线沿周向方向间隔22.5
°
，相对于该轴线，一对测量换能器中的两个测量换能器对称地定位(该轴线限定了测量通道)。
[0014]作为变窄部分的替代或补充，可以在中间部分提供径向弹性区域，其例如相比于外凸缘更靠近内凸缘或者基本上在内凸缘和外凸缘之间的中间(沿径向方向)。径向弹性区域可以包括形成在圆形主体的中间部分中的凹槽或由其组成。
[0015]借助于本专利技术的扭矩传感器装置的扭矩测量可以基于代表测量换能器的应变仪。应变仪可以连接到惠斯通电桥电路，当施加扭矩时惠斯通电桥电路变得不平衡，并输出与施加的扭矩成比例的电压(由应变仪的电阻变化引起)。因此，根据一个实施例，本专利技术的扭矩传感器装置包括布置在中间部分上的第一印刷电路板，并且该第一印刷电路板包括电连接到测量换能器的惠斯通电桥电路。第一印刷电路板还可以包括用于惠斯通电桥电路的DC或AC激励源。
[0016]此外，扭矩传感器装置可以包括布置在第一印刷电路板上方的第二印刷电路板，并且第二印刷电路板包括用于信号调节的电路，特别是用于由第一印刷电路板的惠斯通电桥电路提供的信号的模数转换和/或放大的器件。第二印刷电路板可以覆盖第一印刷电路板，以便保护它和形成在第一印刷电路板上的以及位于第二印刷电路板的面对第一印刷电路板的底部的敏感电路。
[0017]此外，提供了一种机器人，特别是协作机器人，包括关节，其中关节包括齿轮箱，并且其中机器人还包括根据上述实施例之一的扭矩传感器装置。特别地，扭矩传感器装置可以定位成密封机器人关节的齿轮箱。
[0018]另外，提供了一种用于测量定位在齿轮箱中的轴的扭矩的方法，特别是机器人的关节的齿轮箱，该方法包括将根据上述实施例之一的扭矩传感器装置附接到齿轮箱，使得齿轮箱被密封，并通过密封齿轮箱的扭矩传感器装置测量扭矩。
附图说明
[0019]将参照附图详细解释本公开的进一步特征和示例性实施例以及优点。应当理解，本公开不应被解释为受以下实施例的描述的限制。还应该理解，下面描述的一些或所有特征也可以以替代方式组合。在附图中：
[0020]图1A和图1B示出了根据本专利技术实施例的扭矩传感器装置，每个扭矩传感器装置包括内凸缘、外凸缘和沿径向方向从内凸缘连续延伸到外凸缘的实心中间部分。
[0021]图2示出了图1A或1B的扭矩传感器装置，并且包括第一印刷电路板。
[0022]图3示出了图2的扭矩传感器装置，并且包括第二印刷电路板。
[0023]图4A至4D本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种扭矩传感器装置(100，100
’
)，包括：圆形主体，包括环形的内凸缘(10)和环形的外凸缘(20)以及位于环形的内凸缘(10)和环形的外凸缘(20)之间的圆形的中间部分(30)，其中环形的内凸缘(10)比环形的外凸缘(20)定位为更靠近所述圆形主体的中心；和其中圆形的中间部分(30)是连续的实心部分。2.根据权利要求1所述的扭矩传感器装置(100，100
’
)，其中，内施力开口(11，12)形成在所述内凸缘(10)中，外施力开口(21,22)形成在所述外凸缘(20)中。3.根据权利要求1所述的扭矩传感器装置(100，100
’
)，其中，多个测量换能器特别地以成对的方式形成在圆形的中间部分(30)中和/或上。4.根据权利要求3所述的扭矩传感器装置(100，100
’
)，其中，测量换能器(40)相对于在垂直于圆形主体的主表面的方向上延伸穿过圆形主体的中心的轴线轴向对称地布置。5.根据权利要求4所述的扭矩传感器装置(100，100
’
)，其中，测量换能器(40)包括至少四对测量换能器(40)，其中每对测量换能器(40)中的两个测量换能器(40)相对于沿平行于圆形主体的主表面的方向延伸穿过圆形主体的中心的轴线对称地定位。6.根据权利要求5所述的扭矩传感器装置(100，100
’
)，其中，四对测量换能器(40)被设置，并且对于四对测量换能(40)器中的每一对，该对测量换能器中的两个测量换能器(40)相对于第一轴线对称地定位，该第一轴线在平行于圆形主体的主表面的方向上延伸穿过圆形主体的中心，且保持该第一轴线与第二轴线在周向方向上间隔90
°
，相邻的一对测量换能器(40)中的两个测量换能器(40)相对于该第二轴线对称地定位，且该第二轴线在平行于圆形主体的主表面的方向上延伸穿过圆形主体的中心。7.根据权利要求1所述的扭矩传感器装置(100，100
’
)，其中，圆形的中间部分(30)包括变窄部分(70)，所述变窄部分(70)在沿着在垂直于圆形主体的主表面的方向上延伸穿过圆形主体的中心的轴线的方向上不完全延伸穿过中间部分(30)，其中变窄部分(70)尤其相比于内凸缘(10)被定位为更靠近外凸缘(...

【专利技术属性】
技术研发人员：A维格诺尔斯，JP莱克莱尔，
申请(专利权)人：梅斯法国公司，
类型：发明
国别省市：