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CN112539862A - 一种机器人关节的扭矩测量装置 - Google Patents

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CN112539862A CN202011411994.8A CN202011411994A CN112539862A CN 112539862 A CN112539862 A CN 112539862A CN 202011411994 A CN202011411994 A CN 202011411994A CN 112539862 A CN112539862 A CN 112539862A
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arm
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韩涛
姚庭
黄海忠
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Faoyiwei Suzhou Robot System Co ltd
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Faoyiwei Suzhou Robot System Co ltd
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Abstract

本发明公开了一种机器人关节的扭矩测量装置，包括变形臂、安装孔、变形孔、阶梯孔、菱形孔、轴孔、硬限位柱、应变片、电容式传感器、第一圆角和第二圆角，该机器人关节的扭矩测量装置，使应变片和电容式传感器有足够的轴向空间可以固定，并且有足够的变形空间保证应变片和电容式传感器的寿命；应变片处结构保证了在应变片粘贴处有足够的应变量，两侧又不会有应力集中出现；利用轴孔与硬限位柱间隙配合防止过载情况下的过度变形；设计了U型的变形梁结构，加大了固定侧传递到施力侧的距离，避免了固定侧固定孔和施力侧固定孔在径向空间上受限；通过应变片和电容式传感器的相互补偿提高机器人扭矩的测量的精度。

Description

一种机器人关节的扭矩测量装置
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，具体为一种机器人关节的扭矩测量装置。
背景技术
在机器人系统中，利用电流检测碰撞的方案会有反应不太灵敏，拖动示教中反应也不灵敏，速度不能运行太快等问题，传统的扭矩传感器又难以装入到机器人有限的空间中。因此设计一种机器人关节的扭矩测量装置以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种机器人关节的扭矩测量装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种机器人关节的扭矩测量装置，包括变形臂，所述变形臂的端面中央开设有安装孔，且变形臂的端面还等距离环设有四个变形孔，相邻的所述变形孔之间的变形臂端面还开设有四个菱形孔，所述变形孔呈“C”型，且变形孔与相邻的菱形孔之间的变形臂呈“U”型的变形梁结构，所述变形孔的弯折端设置有对应的直平面，且靠近菱形孔两侧的两个变形孔的直平面分别粘接有应变片和电容式传感器，所述变形臂的外侧壁开设有四个轴孔，且轴孔内分别配合安装有硬限位柱。
作为本发明进一步的方案：所述变形臂端面靠近安装孔的一侧为扭矩传感器固定侧，且变形臂的外侧为扭矩传感器施力侧。
作为本发明进一步的方案：所述变形臂的侧面边缘等距离环设有若干阶梯孔。
作为本发明进一步的方案：所述变形孔的两侧弯折处及端部均设置有第二圆角，且两个第二圆角设置在变形孔两端直平面的上下两侧。
作为本发明进一步的方案：所述菱形孔的四个折角处均设置有第一圆角，且菱形孔的短轴连线垂直于菱形孔中心与安装孔中心的连线。
作为本发明进一步的方案：所述应变片为一种电阻式应变片，且应变片和电容式传感器均与各自粘接的变形孔一侧的直平面贴合。
作为本发明进一步的方案：所述轴孔与硬限位柱为间隙配合，且四个所述硬限位柱的轴线交点为变形臂的中心点。
作为本发明进一步的方案：每个所述轴孔分别贯穿四个变形孔的同一侧，且位于相邻两个阶梯孔的中间部位。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：该机器人关节的扭矩测量装置，设计了曲臂的变形臂，使应变片和电容式传感器有足够的轴向空间可以固定，并且有足够的变形空间保证应变片和电容式传感器的寿命；应变片处结构特殊设计为带第一圆角的菱形孔，保证了在应变片粘贴处有足够的应变量，两侧又不会有应力集中出现；利用轴孔与硬限位柱配合设置了应变片和电容式传感器的硬限位，配合的间隙尺寸即允许电容式传感器变形的最大量，防止过载情况下的过度变形；设计了U型的变形梁结构，通过U型设计加大了固定侧传递到施力侧的距离，避免了固定侧固定孔和施力侧固定孔在径向空间上受限；通过应变片和电容式传感器的相互补偿提高机器人扭矩的测量的精度。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的整体立体构示意图；
图2是本发明的整体结构示意图；
图3是图2中A区域结构放大示意图；
图中：1、变形臂；2、安装孔；3、变形孔；4、阶梯孔；5、菱形孔；6、轴孔；7、硬限位柱；8、应变片；9、电容式传感器；10、第一圆角；11、第二圆角。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种机器人关节的扭矩测量装置，包括变形臂1，变形臂1的端面中央开设有安装孔2，且变形臂1的端面还等距离环设有四个变形孔3，相邻的变形孔3之间的变形臂1端面还开设有四个菱形孔5，变形孔3呈“C”型，且变形孔3与相邻的菱形孔5之间的变形臂1呈“U”型的变形梁结构，变形孔3的弯折端设置有对应的直平面，且靠近菱形孔5两侧的两个变形孔3的直平面分别粘接有应变片8和电容式传感器9，变形臂1的外侧壁开设有四个轴孔6，且轴孔6内分别配合安装有硬限位柱7。
作为本发明的一种实施方式，变形臂1端面靠近安装孔2的一侧为扭矩传感器固定侧，且变形臂1的外侧为扭矩传感器施力侧。
作为本发明的一种实施方式，变形臂1的侧面边缘等距离环设有若干阶梯孔4，便于连接固定。
作为本发明的一种实施方式，变形孔3的两侧弯折处及端部均设置有第二圆角11，且两个第二圆角11设置在变形孔3两端直平面的上下两侧，保证了在应变片8粘贴处有足够的应变量，两侧又不会有应力集中出现。
作为本发明的一种实施方式，菱形孔5的四个折角处均设置有第一圆角10，且菱形孔5的短轴连线垂直于菱形孔5中心与安装孔2中心的连线，避免过度应力集中。
作为本发明的一种实施方式，应变片8为一种电阻式应变片，且应变片8和电容式传感器9均与各自粘接的变形孔3一侧的直平面贴合，保证了连接处的稳固性。
作为本发明的一种实施方式，轴孔6与硬限位柱7为间隙配合，且四个硬限位柱7的轴线交点为变形臂1的中心点，配合的间隙尺寸即允许电容式传感器9变形的最大量，防止过载情况下的过度变形。
作为本发明的一种实施方式，每个轴孔6分别贯穿四个变形孔3的同一侧，且位于相邻两个阶梯孔4的中间部位，利用轴孔6与硬限位柱7配合设置了电容式传感器9的硬限位。
基于上述，本发明的工作原理：在径向空间狭小的情况下，由于应变区域变形需要达到应变片8的测量使用要求，同时变形量不能太大，太大会影响机器人的定位精度，所以进行了特殊设计同时保证应变片8、电容式传感器9和机器人精度的要求；变形孔3的直平面用于粘贴应变片8，第二圆角11避免应力集中；菱形孔5用于将控制应变量在粘贴应变片8的区域内满足应变片8测量所需的大小，菱形孔5增加第一圆角10避免过度应力集中；为防止过载情况下应变片8和电容式传感器9变形过度影响自身精度和影响机器人精度，设计了轴孔6和硬限位柱7，轴孔6和硬限位柱7位于施力侧，利用间隙配合来实现限位，硬限位柱7的活动量即为与轴孔6配合的间隙量；同时硬限位柱7设计在靠近固定侧和施力侧保证刚度；在电阻式应变片8的同侧对称位置粘贴电容式传感器9，电阻式应变片8用于测量低频（20KHz以下）变形，电容式传感器9用于测量高频（20KHz以上）变形，通过应变片8和电容式传感器9的相互补偿提高机器人扭矩的测量的精度。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种机器人关节的扭矩测量装置，其特征在于：包括变形臂（1），所述变形臂（1）的端面中央开设有安装孔（2），且变形臂（1）的端面还等距离环设有四个变形孔（3），相邻的所述变形孔（3）之间的变形臂（1）端面还开设有四个菱形孔（5），所述变形孔（3）呈“C”型，且变形孔（3）与相邻的菱形孔（5）之间的变形臂（1）呈“U”型的变形梁结构，所述变形孔（3）的弯折端设置有对应的直平面，且靠近菱形孔（5）两侧的两个变形孔（3）的直平面分别粘接有应变片（8）和电容式传感器（9），所述变形臂（1）的外侧壁开设有四个轴孔（6），且轴孔（6）内分别配合安装有硬限位柱（7）。
2.根据权利要求1所述的一种机器人关节的扭矩测量装置，其特征在于：所述变形臂（1）端面靠近安装孔（2）的一侧为扭矩传感器固定侧，且变形臂（1）的外侧为扭矩传感器施力侧。
3.根据权利要求1所述的一种机器人关节的扭矩测量装置，其特征在于：所述变形臂（1）的侧面边缘等距离环设有若干阶梯孔（4）。
4.根据权利要求1所述的一种机器人关节的扭矩测量装置，其特征在于：所述变形孔（3）的两侧弯折处及端部均设置有第二圆角（11），且两个第二圆角（11）设置在变形孔（3）两端直平面的上下两侧。
5.根据权利要求1所述的一种机器人关节的扭矩测量装置，其特征在于：所述菱形孔（5）的四个折角处均设置有第一圆角（10），且菱形孔（5）的短轴连线垂直于菱形孔（5）中心与安装孔（2）中心的连线。
6.根据权利要求1所述的一种机器人关节的扭矩测量装置，其特征在于：所述应变片（8）为一种电阻式应变片，且应变片（8）和电容式传感器（9）均与各自粘接的变形孔（3）一侧的直平面贴合。
7.根据权利要求1所述的一种机器人关节的扭矩测量装置，其特征在于：所述轴孔（6）与硬限位柱（7）为间隙配合，且四个所述硬限位柱（7）的轴线交点为变形臂（1）的中心点。
8.根据权利要求1所述的一种机器人关节的扭矩测量装置，其特征在于：每个所述轴孔（6）分别贯穿四个变形孔（3）的同一侧，且位于相邻两个阶梯孔（4）的中间部位。
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