CN112798151B - 扭矩传感器力臂结构及扭矩传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种扭矩传感器力臂结构及扭矩传感器。扭矩传感器力臂结构包括外圈、连接件及至少两个力臂。外圈具有第一连接位。连接件位于外圈内，并与外圈同轴设置。连接件上具有第二连接位。每个力臂的两端分别与外圈的内壁及连接件固定连接。每个力臂上设置有用于检测对应力臂上的应变信息的应变栅。载荷输入点在第一连接位处或第二连接位处。载荷输入点在第一连接位处时，载荷由第一连接位向力臂设置有应变栅的部位传导的传导路径呈非直线形。载荷输入点在第二连接位处时，载荷由第二连接位向力臂设置有应变栅的部位传导的传导路径呈非直线形。扭矩传感器力臂结构的设置，使得扭矩传感器在具有较小体积的同时，还兼顾较高的测量灵敏度。

Description

扭矩传感器力臂结构及扭矩传感器

技术领域

本发明涉及扭矩传感器技术领域，特别是涉及一种扭矩传感器力臂结构及扭矩传感器。

背景技术

扭矩传感器作为一种扭矩检测器件，可应用在机器人关节、医疗设备、军用设备等对力或扭力要求紧密测量的应用场合。传统的扭矩传感器大多都是通过设置在力臂上的应变栅来检测力臂的应变信息，再通过应变信息获取扭矩值。但是，传统的扭矩传感器的力臂结构受布置空间的制约，对检测灵敏度的影响较大。故而，对于一些对敏感要求高的应用场合，传统的扭矩传感器则很难满足测量要求。

发明内容

基于此，有必要针对传统扭矩传感器的测量灵敏度较低的问题，提供一种可提高扭矩传感器测量灵敏度的扭矩传感器力臂结构及扭矩传感器。

本发明一较佳实施例中的扭矩传感器力臂结构，包括呈环形的外圈、关于自身几何中心呈中心对称设置的连接件及至少两个力臂；

所述外圈具有第一连接位；

所述连接件位于所述外圈内，并与所述外圈同轴设置；所述连接件上具有第二连接位；

每个所述力臂的两端分别与所述外圈的内壁及所述连接件固定连接；所述至少两个所述力臂的数量为偶数；至少两个所述力臂相对于所述外圈的中心呈中心对称设置；

每个所述力臂上设置有应变栅；所述应变栅用于检测对应所述力臂上的应变信息；

所述扭矩传感器力臂结构的载荷输入点在所述第一连接位处或所述第二连接位处；

所述载荷输入点在所述第一连接位处时，载荷由所述第一连接位向所述力臂设置有所述应变栅的部位传导的传导路径呈非直线形；

所述载荷输入点在所述第二连接位处时，载荷由所述第二连接位向所述力臂设置有所述应变栅的部位传导的传导路径呈非直线形。

在其中一些实施例中，所述力臂的长度大于其宽度；所述力臂的厚度分别小于所述外圈的厚度及所述连接件的厚度。

在其中一些实施例中，所述连接件包括连接部及两个作用部；所述连接部连接于两个所述作用部之间，使得所述连接件呈长条形的板状结构；所述第二连接位位于所述作用部远离所述连接部的一端；所述力臂的一端与所述连接部的侧壁固定连接。

在其中一些实施例中，所述连接部的相对两个侧面均为向外凸出的弧形面；每个所述力臂背离所述外圈内壁的一端与对应的所述弧形面连接。

在其中一些实施例中，每个所述力臂包括第一臂板及与所述第一臂板的一端连接的第二臂板；所述第一臂板的延伸方向与所述第二臂板的延伸方向交叉设置；所述应变栅设置于所述第一臂板或所述第二臂板的表面上；

所述第一臂板及所述第二臂板的其中一者与所述外圈的内壁固定连接，另一者与所述连接件固定连接。

在其中一些实施例中，所述第一臂板的宽度大于所述第二臂板的宽度；所述应变栅设置于所述第二臂板的表面上。

在其中一些实施例中，所述第二臂板为两个，且两个所述第二臂板平行且间隔设置；每个所述第二臂板上均设置有所述应变栅；和/或

所述第一臂板在与所述外圈中轴线垂直的平面内沿非直线方向延伸。

在其中一些实施例中，每个所述第二臂板包括横板及两个竖板，两个所述竖板分别与所述横板的两端连接；每个所述竖板的延伸方向与所述横板的延伸方向交叉设置；所述第一臂板与所述横板背离所述竖板的一侧固定连接；所述横板的宽度分别小于所述竖板的宽度及所述第一臂板的宽度；所述应变栅设置于所述横板的表面。

在其中一些实施例中，所述第一臂板位于所述横板的中部位置；所述横板位于所述第一臂板两侧的部位均设置有所述应变栅。

在其中一些实施例中，所述力臂为长条形的板状结构；所述第一连接位与所述力臂及所述外圈的连接处错位设置；所述第二连接位与所述力臂及所述连接件的连接处错位设置。

在其中一些实施例中，所述力臂的宽度沿所述连接件指向所述外圈的方向逐渐减小；所述应变栅设置于所述力臂靠近所述外圈的一端表面。

在其中一些实施例中，还包括与所述外圈的内壁连接的过渡板；所述过渡板的宽度沿所述外圈的内壁指向所述连接件的方向逐渐减小；所述力臂的一端与所述过渡板的倾斜面连接。

在其中一些实施例中，所述过渡板为呈长条形的曲线板；所述过渡板的两端均与所述外圈的内壁固定连接；所述过渡板沿梯形的轮廓曲线方向延伸。

在其中一些实施例中，所述力臂的横截面形状为矩形、T形、H形或者U形；或

所述力臂的材质为沉淀性马氏体不锈钢；或

所述应变栅为通过溅射薄膜技术形成于所述力臂表面上的薄膜应变栅。

本发明另一较佳实施例中的矩传感器力臂结构，包括第一连接板及与所述第一连接板层叠设置的第二连接板；所述第一连接板具有第一连接位；

所述第二连接板包括固定板、四个力臂及两个相对且间隔设置的作用板；所述力臂、作用板及所述固定板位于同一平面内；

所述固定板位于两个所述作用板之间；每个所述作用板通过两个所述力臂与所述固定板固定连接；四个所述力臂相对于所述固定板的几何中心呈中心对称设置，使得四个所述力臂之间呈X形设置；所述作用板上具有第二连接位；

所述固定板与所述第一连接固定连接；每个所述力臂的侧面设置有应变栅；所述应变栅用于实时检测所述力臂的应变信息；

所述扭矩传感器力臂结构的载荷输入点在所述第一连接位处；载荷由所述第一连接位向所述力臂设置有所述应变栅的部位传导的传导路径呈非直线形。

在其中一些实施例中，所述第一连接板为呈长条形的板状结构；所述固定板与所述第一连接板的中间部位固定连接；所述第一连接板的延伸方向与所述固定板指向所述作用板的方向交叉设置；所述第一连接位位于所述第一连接板远离所述固定板的端部。

在其中一些实施例中，所述力臂的厚度大于其宽度；所述应变栅位于所述力臂与其厚度方向平行的平面上；或

所述力臂与其长度方向垂直的截面形状为矩形、T形、H形或者U形；或

所述第二连接板及所述第二连接板的材质为沉淀性马氏体不锈钢；或

所述应变栅为通过溅射薄膜技术形成于所述力臂表面上的薄膜应变栅。

一种扭矩传感器，包括如上所述的扭矩传感器力臂结构。

上述扭矩传感器力臂结构及扭矩传感器，在实际使用过程中，由于载荷由载荷输入点向力臂设置有应变栅的部位传导的传导路径呈非直线形，所以载荷由载荷输入点向力臂设置有应变栅的部位传导的传导长度较长，即使在载荷输入点加载一个较小的旋转载荷，力臂设置有应变栅的部位也会发生较大的应变量，从而有利于应变栅对应变信息的采集。故而上述扭矩传感器力臂结构的设置，使得扭矩传感器在具有较小体积的同时，还兼顾较高的测量灵敏度。

附图说明

图1为本发明实施例一中扭矩传感器力臂结构的结构示意图；

图2为本发明实施例二中扭矩传感器力臂结构的结构示意图；

图3为本发明实施例三中扭矩传感器力臂结构的结构示意图；

图4为本发明实施例四中扭矩传感器力臂结构的结构示意图；

图5为本发明实施例五中扭矩传感器力臂结构的结构示意图；

图6为本发明实施例六中扭矩传感器力臂结构的结构示意图；

图7为本发明实施例七中扭矩传感器力臂结构的结构示意图；

图8为本发明实施例八中扭矩传感器力臂结构的结构示意图；

图9为本发明实施例九中扭矩传感器力臂结构的结构示意图；

图10为本发明实施例十中扭矩传感器力臂结构的结构示意图；

图11为图1、图3、图5至图9所示的扭矩传感器力臂结构中连接件的结构示意图；

图12a至图12d为图1至图10所示扭矩传感器力臂结构中力臂的剖视图。

标号说明：100、扭矩传感器力臂结构；110、外圈；111、第一连接位；120、连接件；121、第二连接位；122、连接部；1221、弧形面；123、作用部；130、力臂；131、第一臂板；132、第二臂板；1321、横板；1322、竖板；140、应变栅；150、过渡板；160、第一连接板；170、第二连接板；171、固定板；172、作用板。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

在描述位置关系时，除非另有规定，否则当一元件被指为在另一元件“上”时，其能直接在其他元件上或亦可存在中间元件。亦可以理解的是，当元件被指为在两个元件“之间”时，其可为两个元件之间的唯一一个，或亦可存在一或多个中间元件。

在使用本文中描述的“包括”、“具有”、和“包含”的情况下，除非使用了明确的限定用语，例如“仅”、“由……组成”等，否则还可以添加另一部件。除非相反地提及，否则单数形式的术语可以包括复数形式，并不能理解为其数量为一个。

正如背景技术所述，扭矩传感器通过设置在力臂结构上的应变栅来检测力臂的应变信息，并通过应变信息来获取扭矩值。但是，传统的扭矩传感器的力臂结构受布置空间的制约，对检测灵敏度的影响较大。若要提高检测灵敏度，现有技术中很多则是通过增大力臂结构的体积来解决这个问题。故而，传统的扭矩传感器在检测灵敏度与体积之间存在矛盾。

基于上述原因，本发明公开了一种扭矩传感器力臂结构及扭矩传感器。其中，扭矩传感器包括扭矩传感器力臂结构。图1至图10分别示出了实施例一至实施例十中扭矩传感器力臂结构的结构示意图。为了便于说明，图1至图10仅示出了与本发明实施例相关的结构。

请参阅图1至图9，本发明一较佳实施例中的扭矩传感器力臂结构100包括呈环形的外圈110，连接件120及至少两个力臂130。

外圈110具有第一连接位111。具体的，外圈110为呈圆环形的板状结构。第一连接位111可以为一个，也可以为多个。当第一连接位111为多个时，多个第一连接位111沿外圈110的周向间隔设置。需要说明的是，第一连接位111可以为开设在外圈110上的连接孔、卡槽、凸柱等用于安装待检测件的连接结构，也可以为在外圈110上形成的一个用于安装待检测件的虚拟安装位置或区域。

请一并参阅图11，连接件120为关于自身几何中心呈中心对称设置的结构。连接件120位于外圈110内，并与外圈110同轴设置。具体的，连接件120与外圈110位于同一平面内。连接件120上具有第二连接位121。需要说明的是，第二连接位121可以为开设在连接件120上的连接孔、卡槽、凸柱等用于安装待检测件的连接结构，也可以为在连接件120上形成的一个用于安装待检测件的虚拟安装位置或区域。

请再次参阅图1至图10，每个力臂130的两端分别与外圈110的内壁及连接件120固定连接。至少两个力臂130的数量为偶数。至少两个力臂130相对于外圈110的中心成中心对称设置。由此，连接件120通过力臂130与外圈110固定连接。力臂130分别与外圈110及连接件120之间可以通过焊接、螺接、铆接等方式固定连接，也可以分别与外圈110及连接件120一体成型。

具体的，力臂130的材质为沉淀性马氏体不锈钢，以提高力臂130的抗疲劳和抗腐蚀性能，有效延长了力臂130的使用寿命，进而可延长扭矩传感器的使用寿命。

请一并参阅图12a、图12b、图12c及图12d，具体的，力臂130的横截面形状为矩形、T形、H形或U形。其中，力臂130的横截面为与其长度方向垂直的截面。将力臂130的横截面形状设置为矩形、T形、H形或U形，有利于力臂130上应力的集中。

在其他实施例中，力臂130的横截面形状还可以为其他有利于应力集中的形状。

请再次参阅图1至图11，每个力臂130上设置有应变栅140。应变栅140用于检测对应力臂130上的应变信息。其中，每个力臂130上可以设置一个应变栅140，也可以设置多个应变栅140。当每个力臂130上设置多个应变栅140时，每个力臂130上的应变栅140数量相同。在扭矩传感器中，通过应变信息获取待检测件的扭矩值。

具体的，应变栅140为通过溅射薄膜技术形成于力臂130表面上的薄膜应变栅140。由此，通过溅射薄膜技术，大大增强了应变栅140与力臂130之间的结合力，降低了应变栅140从力臂130上脱离的概率，有效地延长了扭矩传感器的使用寿命。

扭矩传感器力臂结构100的载荷输入点在第一连接位111处或第二连接位121处。具体的，具体的，当第一连接位111作为载荷输入点时，第二连接位121处则固定布置，向第一连接位111输入旋转载荷后，外圈110相对于连接件120发生旋转的趋势，以带动力臂130发生应变；当第二连接位121作为载荷输入点时，第一连接位111处则固定布置，向第二连接位121输入旋转载荷后，连接件120相对于外圈110发生旋转的趋势，以带动力臂130发生应变。

载荷输入点在第一连接位111处时，载荷由第一连接位111向力臂130设置有应变栅140的部位传导的传导路径呈非直线形。载荷输入点在第二连接位121处时，载荷由第二连接位121向力臂130设置有应变栅140的部位传导的传导路径呈非直线形。

由此，在扭矩传感器力臂结构100中，载荷由载荷输入点向力臂130设置有应变栅140的部位传导的传导路径呈非直线形，所以载荷由载荷输入点向力臂130设置有应变栅140的部位传导的传导长度较长，即使在载荷输入点处加载一个较小的旋转载荷，力臂130上设置有应变栅140的部位也会发生较大的应变量，从而有利于应变栅140对应变信息的采集。故而上述扭矩传感器力臂结构100的设置，使得扭矩传感器在具有较小体积的同时，还兼顾较高的检测灵敏度。

在一些实施例中，力臂130的长度大于其宽度。力臂130的厚度分别小于外圈110的厚度及连接件120的厚度。其中，力臂130的长度是指力臂130沿其延伸方向的尺寸，力臂130的宽度是指力臂130在外圈110周向上的尺寸，力臂130的厚度是指力臂130在外圈110中轴线方向上的尺寸，连接件120及外圈110的厚度均至在外圈110中轴线方向上的尺寸。由此，力臂130为较薄的长杆结构，使得力臂130更容易发生应变，进一步提高了扭矩传感器的测量灵敏度。

请再次参阅图11，在一些实施例中，连接件120包括连接部122及两个作用部123。连接部122连接于两个作用部123之间，使得连接件120呈长条形的板状结构。第一连接位111位于作用部123远离连接部122的一端。力臂130的一端与连接部122的侧壁固定连接。

当第二连接位121为一个时，第二连接位121位于其中一个作用部123上；当第一连接位111为多个时，多个第二连接位121可以位于其中任意一个作用部123上，也可以分成两组，分别位于两个作用部123上。

由此，当扭矩传感器力臂结构100的载荷输入点在第二连接位121处时，将连接件120设置为呈长条形的板状结构，并将第二连接位121设置在作用部123远离连接部122的一端，可进一步加长载荷由载荷输入点向力臂130设置有应变栅140的部位传导的传导长度，可进一步提高扭矩传感器的测量灵敏度。

进一步的，在一些实施例中，连接部122的相对两个侧面均为向外凸出的弧形面1221。每个力臂130的背离外圈110内壁的一端与对应的弧形面1221连接。具体的，弧形面1221为圆弧形面。

当扭矩传感器力臂结构100的载荷输入点在第二连接位121处时，由于连接部122上与力臂130连接的侧面为弧形面1221，所以载荷由第二连接位121向力臂130上设置由应变栅140的部位传到的传导路径就会更为曲折，更进一步增长了载荷由第二连接位121向力臂130上设置应变栅140的部位传导的传导长度，更进一步提高了扭矩传感器的测量灵敏度。

当然，在另一些实施例中，连接件120也可以为呈环形或者其他形状的板状结构。当连接件120为呈环形的板状结构时，力臂130与连接件120的外壁连接，若第二连接位121为多个，则多个第二连接位121沿连接件120的周向间隔设置。

以下实施例Ⅰ和实施例Ⅱ示出了上述实施例中力臂130的不同结构形式，具体如下：

请参阅图1至图7，在实施例Ⅰ中：

每个力臂130包括第一臂板131及与第一臂板131的一端连接的第二臂板132。第一臂板131的延伸方向与第二臂板132的延伸方向交叉设置。所以，力臂130为沿弯折线延伸的长条形板状结构。应变栅140设置于第一臂板131或第二臂板132的表面上。第一臂板131及第二臂板132的其中一者与外圈110的内壁固定连接，另一者与连接件120固定连接。

所以，力臂130为一个沿弯折线方向延伸的板状结构，无论将扭矩传感器力臂结构100的载荷输入点设置在第一连接位111处还是设置在第二连接位121处，沿弯折线方向延伸的力臂130都可以增加载荷由载荷输入点向力臂130设置应变栅140的部位传导的传导长度，有利于扭矩传感器测量灵敏度的提高。

进一步的，在一个实施例中，第一臂板131的宽度大于第二臂板132的宽度。应变栅140设置于第二臂板132的表面上。由此，力臂130为一个宽度在其长度方向上变化的板状结构。当在载荷输入点处加载旋转载荷时，宽度较小的第二臂板132更容易发生应变，更进一步提高了扭矩传感器的测量灵敏度。

请再次参阅图1、图2、图5及图6，具体的，第二臂板132为两个，且两个第二臂板132平行且间隔设置。每个第二臂板132上均设置有应变栅140。第二臂板132的延伸方向与第一臂板131的延伸方向之间的夹角为大于0度并小于180度的夹角。

两个第二臂板132的设置，不但可在保证力臂130刚性要求的同时减小每个力臂130的宽度，以更进一步提高扭矩传感器的测量灵敏度，而且还可增加应变栅140的数量，以提高扭矩传感器的测量精度。

更为具体的，每个第二臂板132与第一臂板131垂直设置，使得力臂130呈F形。

更进一步的，在一些实施例中，第一臂板131在与外圈110中轴线垂直的平面内沿非直线方向延伸。由此，第一臂板131为沿弯折线方向延伸的板状结构，可在不增加扭矩传感器力臂结构100的体积的同时，增加力臂130的长度，从而可更进一步提高扭矩传感器的测量灵敏度。

当然，在其他实施例中，第一臂板131为沿直线方向延伸的板状结构。

请再次参阅图7，进一步的，在另一实施例中，每个第二臂板132包括横板1321及两个竖板1322。两个竖板1322分别与横板1321的两端连接。每个竖板1322的延伸方向与横板1321的延伸方向交叉设置。具体的，第二臂板132呈龙门形状。第一臂板131与横板1321背离竖板1322的一侧固定连接。横板1321的宽度分别小于竖板1322的宽度及第一臂板131的宽度。应变栅140设置于横板1321的表面。

由此，第二臂板132设置有横板1321及两个竖板1322，可保证在力臂130在扭矩测量过程中的刚性。而将横板1321的宽度设置为小于竖板1322的宽度及第一臂板131的宽度，并将应变栅140设置在横板1321上，以使横板1321更容易发生应变，以更进一步提高扭矩传感器的测量灵敏度。

更进一步的，第一臂板131位于横板1321的中部位置。横板1321位于第一臂板131两侧的部位均设置有应变栅140。在横板1321的位于第一臂板131的两侧均设置应变栅140，以增加应变栅140的数量，并使得力臂130为对称设置的结构，以保证扭矩传感器的测量精度。

请再次参阅图8及图9，在实施例Ⅱ中：

力臂130为长条形的板状结构。第一连接位111与力臂130及外圈110的连接处错位设置。第二连接位121与力臂130及连接件120的连接处错位设置。由此，在扭矩测量过程中，呈长条形板状设置的力臂130容易发生应变，有利于应变信息的采集。而且，无论将载荷输入点设置在第一连接位111，还是设置在第二连接位121，载荷由载荷输入点向力臂130设置有应变栅140的部位传导的传导路径都是呈非直线形的，更加有利于扭矩传感器测量灵敏度的提高。

进一步的，在一些实施例中，力臂130的宽度沿连接件120指向外圈110的方向逐渐减小。应变栅140设置于力臂130靠近外圈110的一端表面。在扭矩检测过程中，力臂130的宽度较小的一端更容易发生应变，所以将应变栅140设置在力臂130的宽度较小的一端，可进一步提高扭矩传感器的测量灵敏度。

请再次参阅图1至图4，在一些实施例中，扭矩传感器力臂结构100还包括与外圈110的内壁连接的过渡板150。过渡板150的宽度沿外圈110的内壁指向连接件120的方向逐渐减小。力臂130的一端与过渡板150的倾斜面连接。

需要说明的是，过渡板150的宽度是指过渡板150在外圈110周向上的尺寸，过渡板150的倾斜面为过渡板150上与外圈110内壁连接的表面，故而过渡板150为形状为梯形或者三角形的板状结构。因此，当扭矩传感器力臂结构100的载荷加载点位位于第一连接位111处时，过渡板150的设置，使得载荷由第一连接位111向力臂130设置有应变栅140的部位传导的传导路径更为曲折，进一步延长了载荷由载荷加载点位向力臂130上设置有应变栅140的部位传导的传导长度，进一步提高了扭矩传感器的测量灵敏度。

进一步的，在一些实施例中，过渡板150为呈长条形的曲线板。具体的，过渡板150沿呈梯形的折线方向延伸。过渡板150的两端均与外圈110的内壁固定连接。力臂130的一端与过渡板150的侧面连接。

当载荷加载点位于第一连接位111时，将过渡板150设置为呈长条形的曲线板，可进一步提高载荷由第一连接位111向力臂130设置有应变栅140的部位传导的传导路径的曲折度，使得扭矩传感器力臂结构100在体积不变的情况下，载荷由第一连接位111向力臂130设置有应变栅140的部位传导的传导长度更长，更进一步提高了扭矩传感器的测量灵敏度。

请参阅图10，本发明另一较佳实施例中的扭矩传感器力臂结构100包括第一连接板160及与第一连接板160层叠设置的第二连接板170。

第一连接板160的端部具有第一连接位111。其中，第一连接位111可以为一个，也可以为多个。当第一连接位111为多个时，多个第一连接位111在第一连接板160上间隔设置。

第二连接板170包括固定板171、四个力臂130及两个相对且间隔设置的作用板172。力臂130、作用板172及固定板171位于同一平面内。固定板171位于两个作用板172之间。每个作用板172通过两个力臂130与固定板171固定连接。

四个力臂130相对于固定板171的几何中心呈中心对称设置，使得四个力臂130之间呈X形设置。所以，第二连接板170为一个呈X形的板状结构，且两个作用板172相对于固定板171对称设置。其中，力臂130分别与固定板171及作用板172之间可以通过焊接等方式固定连接，也可以通过一体成型的方式形成。

作用板172上具有第二连接位121。具体的，作用板172为呈长条形的弧形板。第二连接位121可以为一个，也可以为多个。当第二连接位121为多个时，多个第二连接位121沿作用板172的延伸方向间隔设置。

其中，第一连接位111及第二连接位121的结构形式与前述实施例中扭矩传感器力臂结构100中第一连接位111及第二连接位121均相同，例如，第一连接位111及第二连接位121为连接孔等。

固定板171与第一连接板160固定连接。具体的，第一连接板160为关于其自身几何中心呈中心对称的板状结构，固定板171与第一连接板160的中间部位固定连接。

每个力臂130的侧面设置有应变栅140。应变栅140用于实时检测力臂130的应变信息。此处的应变栅140的作用、结构以及形成技术都与前述实施例中扭矩传感器力臂结构100中的应变栅140完全相同，在此不再赘述。

需要说明的是，力臂130的侧面为与第一连接板160的厚度方向平行的力臂130表面。

请再次参阅图12a、图12b、图12c及图12d，具体的，力臂130的横截面形状为矩形、T形、H形或U形。其中，力臂130的横截面为与其长度方向垂直的截面。将力臂130的横截面形状设置为矩形、T形、H形或U形，有利于力臂130上应力的集中。

在其他实施例中，力臂130的横截面形状还可以为其他有利于应力集中的形状。

具体的，应变栅140为通过溅射薄膜技术形成于力臂130表面上的薄膜应变栅140。其中，薄膜应变栅140的形成方式及所能达到的有益效果详见前述实施例中关于薄膜应变栅140的说明。

扭矩传感器力臂结构100的载荷输入点在第一连接位111处。载荷由第一连接位111向力臂130设置有应变栅140的部位传导的传导路径呈非直线形。

由此，当扭矩传感器力臂结构100的载荷输入点在第一连接位111处时，第二连接位121为固定布置位，而将载荷由第一连接位111向力臂130设置有应变栅140的部位传导的传导路径设置为曲折形，使得载荷由载荷输入点向力臂130设置有应变栅140的部位传导的传导长度较长，即使在第一连接位111处加载一个较小的旋转载荷，力臂130上设置有应变栅140的部位也会发生较大的应变量，从而有利于应变栅140对应变信息的采集。故而上述扭矩传感器力臂结构100的设置，使得扭矩传感器在具有较小体积的同时，还兼顾较高的测量灵敏度。

进一步的，将应变栅140设置在力臂130的侧面，使得应变栅140更容易检测到力臂130的应变信息，进一步提高了扭矩传感器的测量灵敏度。

在一些实施例中，第一连接板160为呈长条形的板状结构。固定板171与第一连接板160的中间部位固定连接。第一连接板160的延伸方向与固定板171指向作用板172的方向交叉设置。第一连接位111位于第一连接板160远离固定板171的端部。

其中，第一连接板160的延伸方向与固定板171指向作用板172的方向之间的夹角大于0度并小于180度。而将第一连接板160设置为呈长条形的板状结构，并将第一连接位111设置在第一连接板160的两个端部，以进一步增加载荷由第一连接位111向力臂130设置有应变栅140的部位传导的传导路径的曲折度，更进一步提高了扭矩传感器的测量灵敏度。

其中，当第一连接位111为多个时，多个第一连接位111可以全部设置在第一连接板160的一端，也可以分成两组，分别设置在第一连接板160的两端。

在一些实施例中，力臂130的厚度大于其宽度。应变栅140设置在力臂130与厚度方向平行的表面上。需要说明的是，力臂130的宽度方向与加载在第一连接位111处的旋转载荷的方向一致。而将应变栅140设置在与厚度方向平行的表面上，可保证力臂130在应变栅140处可以具有较大的应变量，使得应变栅140对应变信息的采集更为容易，进一步提高了扭矩传感器具有较大的测量灵敏度。

在一些实施例中，第二连接板170及第二连接板170的材质为沉淀性马氏体不锈钢，以提高第二连接板170及第二连接板170的抗疲劳和抗腐蚀性能，有效延长了第二连接板170及所述第二连接板170的使用寿命，进而可延长扭矩传感器的使用寿命。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (12)

1.一种扭矩传感器力臂结构，其特征在于，包括呈环形的外圈、关于自身几何中心呈中心对称的连接件及至少两个力臂；

所述外圈具有第一连接位；

所述连接件位于所述外圈内，并与所述外圈同轴设置；所述连接件上具有第二连接位；所述连接件包括连接部及两个作用部；所述连接部连接于两个所述作用部之间，使得所述连接件为呈长条形的板状结构；所述第二连接位位于所述作用部远离所述连接部的一端；所述连接部的相对两个侧面均为向外凸出的弧形面；

每个所述力臂的两端分别与所述外圈的内壁及所述连接件固定连接；所述至少两个力臂的数量为偶数；所述至少两个力臂相对于所述外圈的中心呈中心对称设置；每个所述力臂背离所述外圈内壁的一端与对应的所述弧形面连接；每个所述力臂包括第一臂板及与所述第一臂板的一端连接的第二臂板；所述第一臂板的延伸方向与所述第二臂板的延伸方向交叉设置；所述第一臂板及所述第二臂板的其中一者与所述外圈的内壁固定连接，另一者与所述连接件固定连接；

每个所述力臂上设置有应变栅；所述应变栅用于检测对应所述力臂上的应变信息；所述应变栅设置于所述第一臂板或所述第二臂板的表面上；

所述扭矩传感器力臂结构的载荷输入点在所述第一连接位处或所述第二连接位处；

所述载荷输入点在所述第一连接位处时，载荷由所述第一连接位向所述力臂设置有所述应变栅的部位传导的传导路径呈非直线形；

所述载荷输入点在所述第二连接位处时，载荷由所述第二连接位向所述力臂设置有所述应变栅的部位传导的传导路径呈非直线形。

2.根据权利要求1所述的扭矩传感器力臂结构，其特征在于，所述力臂的长度大于其宽度；所述力臂的厚度分别小于所述外圈的厚度及所述连接件的厚度。

3.根据权利要求1所述的扭矩传感器力臂结构，其特征在于，所述第一臂板的宽度大于所述第二臂板的宽度；所述应变栅设置于所述第二臂板的表面上。

4.根据权利要求3所述的扭矩传感器力臂结构，其特征在于，所述第二臂板为两个，且两个所述第二臂板平行且间隔设置；每个所述第二臂板上均设置有所述应变栅；和/或

所述第一臂板在与所述外圈中轴线垂直的平面内沿非直线方向延伸。

5.根据权利要求1所述的扭矩传感器力臂结构，其特征在于，每个所述第二臂板包括横板及两个竖板，两个所述竖板分别与所述横板的两端连接；每个所述竖板的延伸方向与所述横板的延伸方向交叉设置；所述第一臂板与所述横板背离所述竖板的一侧固定连接；所述横板的宽度分别小于所述竖板的宽度及所述第一臂板的宽度；所述应变栅设置于所述横板的表面。

6.根据权利要求5所述的扭矩传感器力臂结构，其特征在于，所述第一臂板位于所述横板的中部位置；所述横板位于所述第一臂板两侧的部位均设置有所述应变栅。

7.根据权利要求1所述的扭矩传感器力臂结构，其特征在于，还包括与所述外圈的内壁连接的过渡板；所述过渡板的宽度沿所述外圈的内壁指向所述连接件的方向逐渐减小；所述力臂的一端与所述过渡板的倾斜面连接。

8.根据权利要求7所述的扭矩传感器力臂结构，其特征在于，所述过渡板为呈长条形的曲线板；所述过渡板的两端均与所述外圈的内壁固定连接；所述过渡板沿梯形的轮廓曲线方向延伸。

9.根据权利要求1所述的扭矩传感器力臂结构，其特征在于，所述力臂的横截面形状为矩形、T形、H形或者U形；或

所述力臂的材质为沉淀性马氏体不锈钢；或

所述应变栅为通过溅射薄膜技术形成于所述力臂表面上的薄膜应变栅。

10.一种扭矩传感器力臂结构，其特征在于，包括第一连接板及与所述第一连接板层叠设置的第二连接板；所述第一连接板具有第一连接位；所述第一连接板为呈长条形的板状结构；所述第一连接位为一个或多个；所述第一连接位为多个时，多个所述第一连接位在所述第一连接板上间隔设置；

所述第二连接板包括固定板、四个力臂及两个相对且间隔设置的作用板；所述力臂、作用板及所述固定板位于同一平面内；

所述固定板位于两个所述作用板之间；每个所述作用板通过两个所述力臂与所述固定板固定连接；四个所述力臂相对于所述固定板的几何中心呈中心对称设置，使得四个所述力臂之间呈X形设置；所述作用板上具有第二连接位；所述作用板为呈长条形的弧形板；所述第二连接位为一个或多个；所述第二连接位为多个时，多个所述第二连接位沿所述作用板的延伸方向间隔设置；

所述固定板与所述第一连接板固定连接；每个所述力臂的侧面设置有应变栅；所述应变栅用于实时检测所述力臂的应变信息；所述固定板与所述第一连接板的中间部位固定连接；所述第一连接板的延伸方向与所述固定板指向所述作用板的方向交叉设置；所述第一连接位位于所述第一连接板远离所述固定板的端部；

所述扭矩传感器力臂结构的载荷输入点在所述第一连接位处；载荷由所述第一连接位向所述力臂设置有所述应变栅的部位传导的传导路径呈非直线形。

11.根据权利要求10所述的扭矩传感器力臂结构，其特征在于，所述力臂的厚度大于其宽度；所述应变栅位于所述力臂与其厚度方向平行的平面上；或

所述力臂与其长度方向垂直的截面形状为矩形、T形、H形或者U形；或

所述第二连接板及所述第二连接板的材质为沉淀性马氏体不锈钢；或

所述应变栅为通过溅射薄膜技术形成于所述力臂表面上的薄膜应变栅。

12.一种扭矩传感器，其特征在于，包括如权利要求1至11任一项所述的扭矩传感器力臂结构。