CN102494819A - 一种基于弹性梁的关节扭矩传感器 - Google Patents

一种基于弹性梁的关节扭矩传感器 Download PDF

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孙汉旭
史瀚林
叶平
张延恒
魏楠哲
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Abstract

一种基于弹性梁的关节扭矩传感器。它涉及一种关节扭矩传感器。力矩的测量对各种机械产品的研究开发、测试分析、质量检验、安全和优化控制等工作有重要的意义。现有的力矩传感器一般结构复杂，体积较大，制造安装困难。本发明主要研究设计了一种结构简单、体积较小、性能较好的用于机械臂关节末端扭矩测量的应变式扭矩传感器。它包括内轮(1)、外轮(2)、四个传感器应变梁(3)和八个应变片(4)。四个传感器的两端分别与内轮(1)的外缘和外轮(2)的外缘固连为一体且沿内轮(1)的圆周成90°十字对称分布；能有效测量操作臂关节扭矩，进而改善机器人动作的控制精度。

Description

一种基于弹性梁的关节扭矩传感器
技术领域
本发明涉及一种关节扭矩传感器。
背景技术
本论文设计的扭矩传感器用于操作臂的双关节控制***。在操作臂进行抓取任务或者完成动作时，需要对关节进行精确地力/力矩控制。为操作臂关节安装力矩传感器，一方面可以对它进行力控制，使操作臂能够完成更为精密的任务，与人交互更加柔顺友好；另一方面利用力矩传感器与操作臂自身的动力学模型，可以及时检测到操作臂与周围发生的碰撞，采取相应的保护措施，提高操作臂作业时的安全性与可靠性。
发明内容
为解决操作臂作业时关节末端力矩的测量问题。本发明提供了一种基于弹性梁的关节扭矩传感器。该扭矩传感器测量范围大、灵敏度高、精度高。本发明包括内轮(1)、外轮(2)、传感器应变梁(3)和应变片(4)。传感器应变梁(3)有四个，分别是一号应变梁(3-1)，二号应变梁(3-2)，三号应变梁(3-3)和四号应变梁(3-4)。一号应变梁(3-1)，二号应变梁(3-2)，三号应变梁(3-3)和四号应变梁(3-4)分别与内轮(1)的外缘和外轮(2)的外缘固连为一体且沿内轮(1)的圆周成90°十字对称分布；所述应变片(4)是八个，一号应变梁(3-1)，二号应变梁(3-2)，三号应变梁(3-3)和四号应变梁(3-4)分别固定2片应变片(4)，一号应变梁(3-1)和二号应变梁(3-2)的四个应变片(4)构成全桥一，三号应变梁(3-3)和四号应变梁(3-4)的四个应变片(4)构成全桥二，全桥一和全桥二呈十字正交分布。本发明采用八个应变片组成两个全桥来测量关节的输出扭矩。全桥一测得的关节扭矩为T1，关节二测得的关节扭矩为T2，实际测量扭矩为T＝(T1+T2)/2；本发明提供的扭矩传感器能有效测量关节的输出扭矩，提高操作臂的控制精度。
附图说明
图1是本发明的整体结构立体图。
图2是本发明的A向立体图。
图3是图2的B向视图。
具体实施方式
具体实施方式一：(参见图1-图3)本实施方式包括内轮(1)、外轮(2)、传感器应变梁(3)和应变片(4)。传感器应变梁(3)有四个，分别是一号应变梁(3-1)、二号应变梁(3-2)、三号应变梁(3-3)和四号应变梁(3-4)。一号应变梁(3-1)，二号应变梁(3-2)，三号应变梁(3-3)和四号应变梁(3-4)的两端分别与内轮(1)的外缘和外轮(2)的外缘固连为一体且沿内轮(1)的圆周成90°十字对称分布；所述应变片(4)是八个，一号应变梁(3-1)，二号应变梁(3-2)，三号应变梁(3-3)和四号应变梁(3-4)分别固定2片应变片(4)，一号应变梁(3-1)和二号应变梁(3-2)的四个应变片(4)构成全桥一，三号应变梁(3-3)和四号应变梁(3-4)的四个应变片(4)构成全桥二，全桥一和全桥二呈十字正交分布。
具体实施方式二：(参见图1-图3)本实施方式与具体实施方式一的不同点在于内轮一和外轮二所在的平面平行且处于同一平面。
具体实施方式三：(参见图1-图3)本实施方式与具体实施方式一的不同点在于固定在一号应变梁(3-1)、二号应变梁(3-2、三号应变梁(3-3)和四号应变梁(3-4)的八个应变片两两平行且均垂直于内轮和外轮所在的平面。其他组成与连接方式与具体实施方式一相同。本实施方式所述的一号应变梁(3-1)、二号应变梁(3-2)、三号应变梁(3-3)和四号应变梁(3-4)均在其两侧粘贴应变片，应变片采用全平面粘贴方法，便于粘贴。

Claims (3)

1.一种基于弹性梁的关节扭矩传感器，其特征在于，它包括内轮(1)、外轮(2)、传感器应变梁(3)和应变片(4)，其特征在于所述传感器应变梁(3)有四个，分别是一号应变梁(3-1)、二号应变梁(3-2)、三号应变梁(3-3)和四号应变梁(3-4)。一号应变梁(3-1)，二号应变梁(3-2)，三号应变梁(3-3)和四号应变梁(3-4)的两端分别与内轮(1)的外缘和外轮(2)的外缘固连为一体且沿内轮(1)的圆周成90°十字对称分布；所述应变片(4)是八个，一号应变梁(3-1)，二号应变梁(3-2)，三号应变梁(3-3)和四号应变梁(3-4)分别固定2片应变片(4)，一号应变梁(3-1)和二号应变梁(3-2)的四个应变片(4)构成全桥一，三号应变梁(3-3)和四号应变梁(3-4)的四个应变片(4)构成全桥二，全桥一和全桥二呈十字正交分布。
2.根据权利要求1所述的一种基于弹性梁的关节扭矩传感器，其特征在于内轮一和外轮二所在的平面平行且处于同一平面。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于弹性梁的关节扭矩传感器，其特征在于固定在一号应变梁(3-1)、二号应变梁(3-2、三号应变梁(3-3)和四号应变梁(3-4)的八个应变片两两平行且均垂直于内轮和外轮所在的平面。且对于一号应变梁(3-1)、二号应变梁(3-2)、三号应变梁(3-3)和四号应变梁(3-4)，均在其两侧粘贴应变片，应变片采用全平面粘贴方法，方便粘贴。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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