CN1815156A - 一种可自身消除谐波影响的关节力矩传感器 - Google Patents

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CN1815156A CN 200610009738 CN200610009738A CN1815156A CN 1815156 A CN1815156 A CN 1815156A CN 200610009738 CN200610009738 CN 200610009738 CN 200610009738 A CN200610009738 A CN 200610009738A CN 1815156 A CN1815156 A CN 1815156A
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刘宏
史士财
高晓辉
金明河
谢宗武
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Abstract

一种可自身消除谐波影响的关节力矩传感器，它涉及一种关节力矩传感器。为解决现有关节力矩传感器无法消除谐波影响的问题。本发明提供了一种可自身消除谐波影响的关节力矩传感器，它包括力矩输入盘(1)、力矩输出盘(2)、四个传感器应变梁(3)和八个应变片(4)，四个传感器应变梁(3)的两端分别与力矩输入盘(1)的外缘和力矩输出盘(2)的内缘固连为一体且沿圆周均布；每个应变梁(3)上分别固定有两个应变片(4)，八个应变片(4)构成两个全型全桥。本发明的两个全桥呈正交分布，使每个全桥测得的输出力矩所带的谐波可以相互抵消。本发明可以有效抑制谐波减速器输出波动对输出信号的影响，改善传感器输出信号的质量，进而提高机器人动作的控制精度。

Description

一种可自身消除谐波影响的关节力矩传感器
技术领域
本发明涉及一种关节力矩传感器。
背景技术
谐波减速器具有重量轻、体积小、减速比大、效率高、回程差小等特点，它在机械手及机器人关节部位的驱动机构得到了广泛应用。机器人手在抓握某个物体或者机器人臂完成某个特定动作时，利用关节力矩传感器反馈信号以实现精确的力矩控制，但是，现有关节力矩传感器无法消除谐波的影响，它所检测出的关节输出力矩是带有谐波的关节力矩，该谐波对关节力矩传感器的输出信号产生干扰，降低***的控制精度。
发明内容
为解决现有关节力矩传感器无法消除谐波影响的问题，本发明提供了一种可自身消除谐波影响的关节力矩传感器，该力矩传感器自身能够补偿谐波减速器产生谐波带来的影响。本发明包括力矩输入盘1、力矩输出盘2、传感器应变梁3和应变片4，传感器应变梁3为四个，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的两端分别与力矩输入盘1的外缘和力矩输出盘2的内缘固连为一体且沿力矩输入盘1的圆周均布；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上分别固定有两个应变片4，一号应变梁3-1和二号应变梁3-2上的四个应变片4构成全桥一，三号应变梁3-3和四号应变梁3-4上的四个应变片4构成全桥二，全桥一与全桥二之间呈正交分布。本发明采用八个应变片组成两个全桥来测量关节力矩传感器的输出力矩，全桥一测得关节力矩为T1，全桥二测得关节力矩为T2，其中T1和T2为带谐波的力矩，T1和T2所带的谐波可以相互抵消，实际力矩T为：T＝(T1+T2)/2；本发明可以有效抑制谐波减速器输出波动对输出信号的影响，改善传感器输出信号的质量，进而提高机器人动作的控制精度。
附图说明
图1是本发明的整体结构立体图，图2是图1的A向立体图，图3是图2的B向视图，图4是本发明的一种使用状态图。
具体实施方式
具体实施方式一：(参见图1-图4)本实施方式包括力矩输入盘1、力矩输出盘2、传感器应变梁3和应变片4，传感器应变梁3为四个，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的两端分别与力矩输入盘1的外缘和力矩输出盘2的内缘固连为一体且沿力矩输入盘1的圆周均布；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上分别固定有两个应变片4，一号应变梁3-1和二号应变梁3-2上的四个应变片4构成全桥一，三号应变梁3-3和四号应变梁3-4上的四个应变片4构成全桥二，全桥一与全桥二之间呈正交分布。
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上的八个应变片4位于同一个平面上。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。本实施方式所述的八个应变片4位于同一平面上，应变片采用全平面粘贴方法，便于粘贴。
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或二的不同点在于它增加了传感器保护梁5，传感器保护梁5与相邻两个传感器应变梁3之间的力矩输入盘1外缘固连为一体，所述力矩输出盘2的内缘上与传感器保护梁5对应处开设有保护梁安装槽2-1，传感器保护梁5的端部置于力矩输出盘2上的保护梁安装槽2-1内且与保护梁安装槽2-1的两侧壁之间形成间隙L。其它组成和连接关系与具体实施方式一或二相同。在关节的工作过程中，可能会出现负载力矩过大的情况，这种情况会对关节力矩传感器产生破坏，使其不能正常工作，现有力矩传感器的过载保护结构都比较复杂。本实施方式所增加的传感器保护梁5与力矩输入盘1的外缘固连为一体，传感器保护梁5的端部与保护梁安装槽2-1的两侧壁之间形成了间隙L，间隙L为关节力矩传感器在满量程输出时间隙处的变化量，对于不同的工况下，间隙L处的变化不同，关节力矩传感器在工作时，既有一定的工作余量，又可以保护关节力矩传感器避免由于过载而损坏，实现了关节力矩传感器的力矩检测与过载保护功能一体化集成设计。
具体实施方式四：(参见图1-图3)本实施方式与具体实施方式三的不同点在于它增加了调整垫块6和螺栓7，调整垫块6上开有连接通孔，所述传感器保护梁5的端部设有轴向螺纹孔，调整垫块6与传感器保护梁5的端部之间通过螺栓7固定连接且调整垫块6置于力矩输出盘2上的保护梁安装槽2-1内。其它组成和连接关系与具体实施方式三相同。本实施方式所述传感器保护梁5的端部增设了调整垫块6来调整间隙L，采用修配调整垫块6的方式调整间隙L达到设计要求，节约了加工成本；也可使关节力矩传感器能够适应不同的工况，进而提高了本发明的互换性。
具体实施方式五：(参见图1-图3)本实施方式与具体实施方式四的不同点在于所述传感器保护梁5、调整垫块6和螺栓7分别是四个，四个传感器保护梁5分别与相邻两个传感器应变梁3之间的力矩输入盘1外缘固连为一体，所述力矩输出盘2的内缘上与四个传感器保护梁5对应处分别开设有保护梁安装槽2-1，四个调整垫块6分别与四个传感器保护梁5的端部之间通过螺栓7固定连接。其它组成和连接关系与具体实施方式四相同。本实施方式所述传感器保护梁5为四个，可提高过载保护功能的可靠性。
本发明的使用状态如图4所示，关节力矩传感器的力矩输入盘1与谐波减速器的柔轮10输出端固定连接，关节力矩传感器的力矩输出盘2与关节输出法兰11固定连接，谐波减速器将力矩传递到柔轮10上，经关节力矩传感器传至关节输出法兰11，从而实现整个关节的力矩输出；另外，本发明也可作为冗余力矩传感器使用，当所使用的全桥损坏时，另一个全桥可代替它继续工作。

Claims (5)

1、一种可自身消除谐波影响的关节力矩传感器，它包括力矩输入盘(1)、力矩输出盘(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)为四个，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)的两端分别与力矩输入盘(1)的外缘和力矩输出盘(2)的内缘固连为一体且沿力矩输入盘(1)的圆周均布；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)上分别固定有两个应变片(4)，一号应变梁(3-1)和二号应变梁(3-2)上的四个应变片(4)构成全桥一，三号应变梁(3-3)和四号应变梁(3-4)上的四个应变片(4)构成全桥二，全桥一与全桥二之间呈正交分布。
2、根据权利要求1所述的一种可自身消除谐波影响的关节力矩传感器，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)上的八个应变片(4)位于同一个平面上。
3、根据权利要求1或2所述的一种可自身消除谐波影响的关节力矩传感器，其特征在于它增加了传感器保护梁(5)，传感器保护梁(5)与相邻两个传感器应变梁(3)之间的力矩输入盘(1)外缘固连为一体，所述力矩输出盘(2)的内缘上与传感器保护梁(5)对应处开设有保护梁安装槽(2-1)，传感器保护梁(5)的端部置于力矩输出盘(2)上的保护梁安装槽(2-1)内且与保护梁安装槽(2-1)的两侧壁之间形成间隙L。
4、根据权利要求3所述的一种可自身消除谐波影响的关节力矩传感器，其特征在于它增加了调整垫块(6)和螺栓(7)，调整垫块(6)上开有连接通孔，所述传感器保护梁(5)的端部设有轴向螺纹孔，调整垫块(6)与传感器保护梁(5)的端部之间通过螺栓(7)固定连接且调整垫块(6)置于力矩输出盘(2)上的保护梁安装槽(2-1)内。
5、根据权利要求4所述的一种可自身消除谐波影响的关节力矩传感器，其特征在于所述传感器保护梁(5)、调整垫块(6)和螺栓(7)分别是四个，四个传感器保护梁(5)分别与相邻两个传感器应变梁(3)之间的力矩输入盘(1)外缘固连为一体，四个调整垫块(6)分别与四个传感器保护梁(5)的端部之间通过螺栓(7)固定连接。
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