CN217648418U - 一种协作机械臂关节扭矩传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种协作机械臂关节扭矩传感器，该扭矩传感器属于传感器领域。所述协作机械臂关节扭矩传感器在传统的扭矩传感器上加装了补偿支撑梁，可以快速准确检测出每个关节的实际扭矩，从而检测到整个机械臂任意位置的碰撞。本实用新型的提出是为了解决现有的现有的机械臂碰撞反馈慢，安全性低的问题，本实用新型提出的扭矩传感器通过加装补偿支撑梁可以有效提高扭矩传感器在非扭矩测量方向的支撑刚度，从而提高机器人末端定位精度。
Description
技术领域
本实用新型涉及传感器领域，特别涉及一种协作机械臂关节扭矩传感器。
背景技术
随着自动化行业的进步，机械臂的应用越来越广泛。传统的工业机器人无法与环境交互，在工作范围内如果有人员意外进入将造成严重伤害，因此协作机器人应运而生。市场上现有的协作机器人多是采用电机电流反馈原理来检测机械臂是否有意外碰撞等情况，这种协作机器人灵敏度较低，无法精确控制末端力值等缺陷。
实用新型内容
为了解决上述现有的机械臂碰撞反馈慢，安全性低的问题，本实用新型提出了一种通过在机械臂关节处安装扭矩传感器的方法，同时在传统的扭矩传感器上加设补偿支撑梁，可以快速准确检测出每个关节的实际扭矩，从而检测到整个机械臂任意位置的碰撞，灵敏度高，反馈迅速，因此安全性更高。
鉴于以上情况，本实用新型提出了一种协作机械臂关节扭矩传感器，包括按照同一圆心水平设置的第一法兰和第二法兰，所述第一法兰用于连接机械臂外壳，所述第二法兰用于连接谐波减速器，所述第一法兰和所述第二法兰之间通过若干个水平设置的应力梁固定连接，任意两个所述应力梁之间间隔相同，每个所述应力梁包括一个扭矩测量处，所述扭矩测量处均贴有剪切示应变片，任意两个所述应力梁之间均设置有补偿支撑梁，每个所述补偿支撑梁距离相邻的两个应力梁之间的距离相等，所述补偿支撑梁用于缓冲轴向力和弯矩，提升所述扭矩传感器的抗侧向力能力。所述补偿支撑梁包括一片主梁和两个缓冲区，所述主梁为竖向放置的薄片，两个所述缓冲区分别位于薄片与第二法兰和第一法兰的连接处，每个所述缓冲区的边界为两个对称设置的圆弧薄片，所述圆弧薄片的一端与所述补偿支撑梁相连，另一端与对应的第二法兰外侧或第一法兰内侧相连接，补偿支撑梁沿着应力梁的法向设置，相较于普通的扭矩传感器在工况下仅可考虑到轴向扭矩的情况，补偿支撑梁的纵向设置，可以有效地缓解扭矩传感器所受到的侧向力、轴向力和侧向弯矩的影响。
作为一种优选的实施方式，所述补偿支撑梁的主梁和缓冲区一体成型，每个缓冲区的两个所述圆弧薄片背向相切，且切点为缓冲区与主梁的连接点，每个所述圆弧薄片的另一端与第二法兰或第一法兰切向连接，所述补偿支撑梁顶部的高度高于所述应力梁顶部的高度，所述补偿支撑梁底部的高度低于所述应力梁底部的高度，由于传统的粘贴有应变片的应力梁为了采集剪应变，多采用宽且薄的造型，因而抗侧向力的能力很弱，补偿支撑梁的主梁轴向高度大于应力梁的轴向高度，因此可以负担极大比例的轴向力和弯矩，同时由于是竖向的薄片，抗扭刚度较低，在受到扭矩时剪应力依然会集中在应力梁的应变片处。
作为一种优选的实施方式，每个所述应力梁的应变片上均设置有柔性隔离槽，所述柔性隔离槽位于扭矩测量处与第二法兰和第一法兰的连接处，所述扭矩测量处的两侧垂直于柔性隔离槽的方向上还设置有一体成型的辅助梁，柔性隔离槽可以分离扭矩测量处与第二法兰和第一法兰的直接连接，使其在受到侧向力时内部正应力无法直接传递至应变片，而是通过两侧的辅助梁承受剪应力，从在保证扭矩传感器在复杂的受力情况下也能准确的测量到扭矩不受其他方向力的影响。
作为一种优选的实施方式，所述应力梁与所述补偿支撑梁的数量均为4个，任意两个相邻的应力梁和补偿支撑梁之间以45°的夹角设置，结构简单，相同的扭矩测量效率下成本更低。
作为一种优选的实施方式，所述柔性隔离槽的宽度小于同一扭矩测量处上两个柔性隔离槽之间的宽度，所述应变片顶部的高度低于所述辅助梁顶部的高度，所述应变片底部的高度高于所述辅助梁底部的高度，保证补偿支撑梁的受力为窄而高，应力梁为宽而扁，从而保证补偿支撑梁可以有效替代应力梁承受轴向力、侧向力和侧向弯矩。
综上所述，本实用新型具有以下有益效果：通过在传统的扭矩传感器内部加装补偿支撑梁的方法，可以更为精确的测量出机械臂关节处的实际扭矩，同时避免在扭矩传感器感受其余方向力的情况下消除力值耦合，提高测量精度；在此结构下采用应变原理测量扭矩值，精度高，分辨率高，另外补偿支撑梁可以提高扭矩传感器在非扭矩测量方向的支撑刚度，从而提高机器人末端定位精度。
附图说明
图1为本实用提出的扭矩传感器的主视示意图
图2为本实用提出的扭矩传感器的立体示意图
其中1为第二法兰，2为第一法兰，3为补偿支撑梁，31为缓冲区，32为主梁，4为应力梁，41为柔性隔离槽，42为扭矩测量处， 43为辅助梁
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
实施例:如图1-2所示，为本实用提出的一种协作机械臂关节扭矩传感器，包括按照同一圆心水平设置的第一法兰2和第二法兰1，所述第一法兰2用于连接机械臂外壳，所述第二法兰1用于连接谐波减速器，所述第一法兰2和所述第二法兰1之间通过4个水平设置的应力梁4固定连接，任意两个所述应力梁4之间间隔相同，每个所述应力梁4包括一个扭矩测量处42，所述扭矩测量处42均贴有剪切示应变片，任意两个所述应力梁4之间均设置有补偿支撑梁3，每个所述补偿支撑梁3距离相邻的两个应力梁4之间的距离相等，所述补偿支撑梁3用于缓冲轴向力和弯矩，提升所述扭矩传感器的抗侧向力能力，所述补偿支撑梁3包括一片主梁32和两个缓冲区31，所述主梁 32为竖向放置的薄片，两个所述缓冲区31分别位于薄片与第二法兰 1和第一法兰2的连接处，每个所述缓冲区31的边界为两个对称设置的圆弧薄片，所述圆弧薄片的一端与所述补偿支撑梁3相连，另一端与对应的第二法兰1外侧或第一法兰2内侧相连接，补偿支撑梁3 沿着应力梁4的法向设置，相较于普通的扭矩传感器在工况下仅可考虑到轴向扭矩的情况，补偿支撑梁3的纵向设置，可以有效地缓解扭矩传感器所受到的侧向力、轴向力和侧向弯矩的影响。所述补偿支撑梁3的主梁32和缓冲区31一体成型，每个缓冲区31的两个所述圆弧薄片背向相切，且切点为缓冲区31与主梁32的连接点，每个所述圆弧薄片的另一端与第二法兰1或第一法兰2切向连接，所述补偿支撑梁3顶部的高度高于所述应力梁4顶部的高度，所述补偿支撑梁3 底部的高度低于所述应力梁4底部的高度，由于传统的粘贴有应变片的应力梁4为了采集剪应变，多采用宽且薄的造型，因而抗侧向力的能力很弱，补偿支撑梁3的主梁32轴向高度大于应力梁4的轴向高度，因此可以负担极大比例的轴向力和弯矩，同时由于是竖向的薄片，抗扭刚度较低，在受到扭矩时剪应力依然会集中在应力梁4的应变片处。每个所述应力梁4的扭矩测量处42上均设置有柔性隔离槽41，所述柔性隔离槽41位于扭矩测量处42与第二法兰1和第一法兰2的连接处，所述应变片的两侧垂直于柔性隔离槽41的方向上还设置有一体成型的辅助梁43，柔性隔离槽41可以分离扭矩测量处42与第二法兰1和第一法兰2的直接连接，使其在受到侧向力时内部正应力无法直接传递至应变片，而是通过两侧的辅助梁43承受剪应力，从在保证扭矩传感器在复杂的受力情况下也能准确的测量到扭矩不受其他方向力的影响。任意两个相邻的应力梁4和补偿支撑梁3之间以 45°的夹角设置，结构简单，相同的扭矩测量效率下成本更低。所述柔性隔离槽41的宽度小于同一扭矩测量处42上两个柔性隔离槽41 之间的宽度，所述应变片顶部的高度低于所述辅助梁43顶部的高度，所述应变片底部的高度高于所述辅助梁43底部的高度，保证补偿支撑梁3的受力为窄而高，应力梁4为宽而扁，从而保证补偿支撑梁3 可以有效替代应力梁4承受轴向力、侧向力和侧向弯矩。
本实施例中第二法兰1和第一法兰2用于连接谐波减速器和机械臂外壳，当受到轴向扭矩时，在扭矩测量处42会有一个理想的剪应变，通过粘贴剪切式应变片采集应变转换成电信号，从而测量出扭矩。本实用提出的扭矩传感器可以有效分割不同方向的应力，使扭矩测量处42的应力集中，灵敏度高，即使是受到了轴向力、侧向力和弯矩时扭矩测量处42的应力依旧可以保持为0，避免了对扭矩测量的干扰。
本具体实施例仅仅是对本实用新型的解释，其并不是对本实用新型的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本实用新型的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (5)
1.一种协作机械臂关节扭矩传感器，包括按照同一圆心水平设置的第一法兰和第二法兰，所述第一法兰用于连接机械臂外壳，所述第二法兰用于连接谐波减速器，所述第一法兰和所述第二法兰之间通过若干个水平设置的应力梁固定连接，任意两个所述应力梁之间间隔相同，每个所述应力梁包括一个扭矩测量处，所述扭矩测量处均贴有剪切示应变片，其特征在于：任意两个所述应力梁之间均设置有补偿支撑梁，每个所述补偿支撑梁距离相邻的两个应力梁之间的距离相等，所述补偿支撑梁用于缓冲轴向力和弯矩，提升所述扭矩传感器的抗侧向力能力，所述补偿支撑梁包括一片主梁和两个缓冲区，所述主梁为竖向放置的薄片，两个所述缓冲区分别位于薄片与第二法兰和第一法兰的连接处，每个所述缓冲区的边界为两个对称设置的圆弧薄片，所述圆弧薄片的一端与所述补偿支撑梁相连，另一端与对应的第二法兰外侧或第一法兰内侧相连接。
2.根据权利要求1所述的一种协作机械臂关节扭矩传感器，其特征在于：所述补偿支撑梁的主梁和缓冲区一体成型，每个缓冲区的两个所述圆弧薄片背向相切，且切点为缓冲区与主梁的连接点，每个所述圆弧薄片的另一端与第二法兰或第一法兰切向连接，所述补偿支撑梁顶部的高度高于所述应力梁顶部的高度，所述补偿支撑梁底部的高度低于所述应力梁底部的高度。
3.根据权利要求1所述的一种协作机械臂关节扭矩传感器，其特征在于：每个所述应力梁的扭矩测量处上均设置有柔性隔离槽，所述柔性隔离槽位于扭矩测量处与第二法兰和第一法兰的连接处，所述扭矩测量处的两侧垂直于柔性隔离槽的方向上还设置有一体成型的辅助梁。
4.根据权利要求1所述的一种协作机械臂关节扭矩传感器，其特征在于：所述应力梁与所述补偿支撑梁的数量均为4个。
5.根据权利要求3所述的一种协作机械臂关节扭矩传感器，其特征在于：所述柔性隔离槽的宽度小于同一扭矩测量处上两个柔性隔离槽之间的宽度，所述应变片顶部的高度低于所述辅助梁顶部的高度，所述应变片底部的高度高于所述辅助梁底部的高度。
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| CN202123383590.5U CN217648418U (zh) | 2021-12-29 | 2021-12-29 | 一种协作机械臂关节扭矩传感器 |
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN217648418U true CN217648418U (zh) | 2022-10-25 |
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ID=83660001
Family Applications (1)
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| CN202123383590.5U Active CN217648418U (zh) | 2021-12-29 | 2021-12-29 | 一种协作机械臂关节扭矩传感器 |
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| CN (1) | CN217648418U (zh) |
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2021
- 2021-12-29 CN CN202123383590.5U patent/CN217648418U/zh active Active
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