用于感测扭矩的系统技术方案

本公开提供一种用于感测物体的扭矩的系统(200、300、400、500)，系统包括凸缘(210、310、410、510)，凸缘例如由各向同性材料(诸如铝或铝合金)制成或包括所述材料，该凸缘被配置成连接到物体并且具有沿凸缘(210、310、410、510)的主表面的主轴线的第一长度和形成在所述凸缘(210、310、410、510)的主表面上的至少一个扭矩传感器装置(220、230、520、530)。扭矩传感器装置(220、230、520、530)包括a)感测部分(340、350)和b)在感测膜(340、350)上形成的多个测量换能器(360、370)，并且具有c)平行于凸缘的主表面的第二长度和d)平行于凸缘的主表面的第三长度。至少一个扭矩传感器装置的第二长度和第三长度小于凸缘的第一长度的一半。第三长度小于凸缘的第一长度的一半。第三长度小于凸缘的第一长度的一半。

【技术实现步骤摘要】
用于感测扭矩的系统


[0001]本专利技术涉及一种用于感测扭矩的系统，特别是一种包括至少一个附接到凸缘的扭矩传感器装置的用于感测扭矩的系统，凸缘例如是不包括不锈钢的凸缘。该系统被配置用于感测一些物体(例如，从动轴或机器人关节)的扭矩。

技术介绍

[0002]精确检测物体(例如，一些从动轴或关节)的扭矩代表了在多个应用中相关的问题。具体应用涉及机器人关节运动期间的扭矩测量。在负载以不同方向作用在其上的机器人关节中，为了准确地检测作用于关节上的旋转方向上的扭矩，通常必须提供一些消除机构，以便从测量过程中排除旋转方向以外的方向上的负载。但是，可靠地排除此类负载是非常困难的。
[0003]在本领域中，已知通过惠斯通电桥电路和包括径向弹性扭矩传递部分的扭矩传感器(参见，例如，WO 2018/041948 A1)来抵消在旋转方向以外的方向上的负载。
[0004]最近，提供了一种扭矩传感器装置，该扭矩传感器装置允许进行可靠的精确扭矩测量，并且该扭矩传感器装置可以以紧凑的轻重量配置形成，该配置尤其允许关于测量换能器的定位具有一些制造公差(EP 3 896 416)。图1A和B示出了这种扭矩传感器装置100的示例。
[0005]扭矩传感器装置100包括内部部分10和外部部分20。中间部分30从内部部分10径向连续地延伸到外部部分20。内部部分10、外部部分20和中间部分30形成圆形主体/隔膜，例如，单体圆形主体。
[0006]中间部分30可包括可由分离器30c彼此分开的子部分30a和30b。分离器30c可以是边沿，也可以是周向凹槽30c，如图1B所示。这样的周向凹槽30c可用于相对于测量换能器的位置而定向/引导所施加的应力和应变。
[0007]如图1A的扭矩传感器装置100的主表面的俯视图中所示，在中间部分30(例如子部分30a)上方或上面形成多个成对测量换能器40。测量换能器40围绕穿过圆形主体的中心、垂直于主表面的轴线(轴向轴线)对称地布置。原则上，测量换能器40可以是应变灵敏换能器，特别是应变计。
[0008]此外，在内部部分10中形成不同尺寸的内部施力开口11和12，并且在外部部分20中形成不同尺寸的外部施力开口21和22。内部和外部施力开口11、12、21和22可以是在轴向方向上延伸的孔。
[0009]扭矩传感器装置(如图1A和图1B中所示的扭矩传感器装置100)提供准确的扭矩测量。然而，整体配置相对复杂且昂贵，特别是因为圆形主体/隔膜由材料价格高的不锈钢制成。
[0010]鉴于如上内容，本专利技术的目的是提供一种相对容易以相对较低的价格制造的感测物体的扭矩的系统。

技术实现思路

[0011]为了满足上述需要，本专利技术提供一种用于感测物体的扭矩的系统，该系统包括被配置成连接到物体的凸缘并且具有沿凸缘的主表面的主轴线的第一长度。当凸缘的主表面呈现旋转对称时，第一长度是唯一的长度(在每个方向上)。当凸缘的主表面没有呈现旋转对称时，第一长度是凸缘在平行于主表面的方向上的最长长度。
[0012]此外，该系统包括在凸缘的主表面上方或上面形成的至少一个扭矩传感器装置。凸缘被配置成接收由扭矩传感器装置测量的扭矩，并且可以例如连接到旋转轴和静态构件。例如，凸缘可包括形成于凸缘的内部部分的内部施力开口和形成于凸缘的外部部分的外部施力开口。由扭矩传感器装置测量的扭矩可以例如通过所考虑的旋转轴和一些静态构件、经由连接到内部施力开口和外部施力开口的连接构件传递。因此，可以测量在凸缘的内部部分和外部部分之间施加的扭矩。特别是，凸缘可以连接到齿轮箱，并且可以被配置为连接到并密封机器人关节的齿轮箱。
[0013]至少一个扭矩传感器装置包括感测部分和在感测部分上方或上面形成的多个测量换能器。感测部分可以是感测膜。测量换能器可包括硅应变计、箔应变计和薄层应变计中的至少一者或由硅应变计、箔应变计和薄层应变计中的至少一者组成。测量换能器可以替代地被配置为基于如例如磁性或光学测量方法的其它测量方法来感测扭矩。
[0014]所述至少一个扭矩传感器装置具有平行于凸缘的主表面的第二长度(在扭矩传感器装置的长度方向上)和不同于第二长度而平行于凸缘的主表面的第三长度(在扭矩传感器装置的宽度方向上)。所述至少一个扭矩传感器装置的第二长度和第三长度小于凸缘的第一长度的一半。因此，可以在凸缘上设置多个，特别是小型化的扭矩传感器装置。例如，凸缘可具有40mm至110mm的直径，特别是50mm至100mm，并且更特别地，60mm至90mm。
[0015]如不锈钢的昂贵的材料可用于制造所述至少一个扭矩传感器装置的感测部分，但是(相对于扭矩传感器装置而言相对较大的)凸缘可以不由不锈钢制造。例如，凸缘包括各向同性材料(诸如铝或铝合金)或由各向同性材料(诸如铝或铝合金)制成。与不锈钢相比，铝是一种相对便宜的材料，然而，它提供足够高的刚度(例如，对抗倾斜力矩，否则倾斜力矩会对扭矩测量的精度产生负面影响)。因此，可以降低总体成本。此外，所述一个或多个扭矩传感器装置可以与凸缘分开制造，并且有利地，凸缘可以根据实际应用单独设计，特别是相对于其扭矩待测量的物体的附接和密封。
[0016]根据一个实施例，凸缘具有平行于主表面的圆形形状，特别是，凸缘包括圆形主表面，并且第一轴线限定凸缘的直径。例如，通过这样的凸缘，机器人关节的圆形齿轮箱可以被密封，而不需要额外的密封装置。替代地，凸缘具有关于垂直于凸缘的主表面延伸穿过主表面的中心的轴线对称的不同几何形状，例如，椭圆形或正方形、六角形或八角形。
[0017]根据一个实施例，所述至少一个扭矩传感器装置的多个测量换能器布置在凸缘的(例如，对称为圆形、椭圆形、正方形等的)换能器区域上，换能器区域在垂直于凸缘的主表面的方向上的厚度小于凸缘的(例如，对称为圆形、椭圆形、正方形等的)换能器区域之外的至少一部分在垂直于凸缘的主表面的方向上的厚度。较小的厚度有利于将待测量的外部施加的扭矩传递到测量部位，即扭矩传感器装置的位置。
[0018]根据另一个实施例，在凸缘的换能器区域内设置有加强区域，加强区域在垂直于凸缘的主表面的方向上的厚度大于换能器区域在垂直于凸缘的主表面的方向上的厚度。凸
缘的加强区域提供了更高的刚度(不敏感性)，以抵抗测量部位的倾斜力矩。特别地，加强区域可以在圆形换能器区域内沿着圆形区域连续或不连续地形成。原则上，加强区域的厚度可以根据换能器区域的厚度来选择(例如，换能器区域的厚度的1.25倍至1.5倍)。
[0019]加强区域可包括(全部或部分地)在圆形换能器区域上方径向延伸的第一部分和(全部或部分地)在换能器区域上方径向延伸的第二部分，其中第一部分和第二部分限定约30
°
至90
°
(例如，30
°
至50
°
)之间的角度范围。所述至少一个扭矩传感器装置的多个测量换能器布置在由此限定的角度范围内。这种布置对于提供更高的刚度(不敏感性)以抵抗倾斜力矩可能特别有利，并且因此可导致非常本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于感测物体的扭矩的系统(200、300、400、500)，包括凸缘(210、310、410、510)，被配置成连接到所述物体并且具有沿着所述凸缘(210、310、410、510)的主表面的主轴线的第一长度；以及至少一个扭矩传感器装置(220、230、520、530)，形成在所述凸缘(210、310、410、510)的主表面上，并且包括a)感测部分(340、350)；以及b)多个测量换能器(360、370)，形成在所述感测部分(340、350)上；所述至少一个扭矩传感器装置具有：c)平行于所述凸缘(210、310、410、510)的所述主表面的第二长度；以及d)平行于所述凸缘(210、310、410、510)的所述主表面的第三长度；并且其中，所述至少一个扭矩传感器装置(220、230、520、530)的所述第二长度和第三长度小于所述凸缘(210、310、410、510)的所述第一长度的一半。2.根据权利要求1所述的系统(200、300、400、500)，其中，所述凸缘(210、310、410、510)不包括任何不锈钢。3.根据权利要求1或2所述的系统(200、300、400、500)，其中，所述凸缘(210、310、410、510)包括各向同性材料或由各向同性材料组成，所述各向同性材料特别是铝或铝合金。4.根据前述权利要求中任一项所述的系统(200、300、400、500)，其中，所述凸缘(210、310、410、510)的所述主表面为对称形状，特别是圆形形状，并且所述第一长度限定所述凸缘(210、310、410、510)的直径。5.根据权利要求4所述的系统(200、300、400、500)，其中：所述至少一个扭矩传感器装置(220、230、520、530)的所述多个测量换能器(360、370)布置在所述凸缘(210、310、410、510)的换能器区域(415)上，特别是圆形换能器区域(415)上；并且其中所述换能器区域(415)在垂直于所述凸缘(210、310、410、510)的所述主表面的方向上的厚度小于所述凸缘(210、310、410、510)的在所述换能器区域(415)之外的至少一部分在垂直于所述凸缘(210、310、410、510)的所述主表面的方向上的厚度。6.根据权利要求5所述的系统(200、300、400、500)，所述系统还包括设置在所述凸缘(210、310、410、510)的所述换能器区域(415)中的加强区域；并且其中所述加强区域在垂直于所述凸缘(210、310、410、510)的主表面的方向上的厚度大于所述换能器区域(415)在垂直于所述凸缘(210、310、410、510)的主表面的方向上的厚度。7.根据权利要求6所述的系统(200、300、400、500)，其中，所述加强区域是或包括一个或多个u形或v形台阶部分(418、419)，所述一个或多个u形或v形台阶部分包括从所述凸缘(210、310、410、510)的主表面垂直延伸或以某个倾斜角延伸的侧壁。8.根据权利要求6或7...

【专利技术属性】
技术研发人员：P，
申请(专利权)人：泰连感应法国公司，
类型：发明
国别省市：