[發明專利]扭矩傳感器和機器人裝置

有效

• 申請號: 201110076313.1
• 申請日: 2011-03-23
• 公開（公告）號: CN102235926A
• 公開（公告）日: 2011-11-09
• 發明（設計）人: 長阪憲一郎;川浪康范
• 申請（專利權）人: 索尼公司
• 主分類號: G01L3/10
• 分類號: G01L3/10
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 王萍;陳煒

技術領域

本發明涉及一種被配置為檢測從輸入軸傳送到輸出軸的旋轉扭矩的扭矩傳感器，以及一種包括該扭距傳感器的機器人裝置。

背景技術

近年來，扭距傳感器已被應用于例如，使用力控制系統的致動器控制裝置以及用于向操作人員提供除了視覺信息和音頻信息之外的力感覺和觸覺感覺的諸如觸感設備的驅動系統。這里，力控制意味著用于直接接收將施加到工作對象的力的目標值并且實現由目標力指示的力的控制方法。此外，在以較高的精度檢測并且反饋輸出扭矩時，可以通過力的順序來實現較靈活的交互服務。此外，觸感設備是被配置為在使用者實際上不能到達的環境中以現實方式向使用者提供使用者觸摸或握持物體的感覺的設備。觸感設備被用于在醫療領域或其他特定技術中的夾帶(entrain)，或者諸如微觀世界或海洋的虛擬環境中的遠端進程中，或者諸如原子反應堆的特定的或有害的環境中。例如，日本專利申請公開第2009-95959號公開了一種控制系統，其感測未知環境，從隨時間改變的周圍環境獲得適當的外力并且調整致動器的生成力從而可以實現目標進程。

通常，扭矩傳感器被設置到通過軸承支撐的旋轉部分。扭矩傳感器包括將由于扭轉力矩而應變的應變部分，并且測量應變部分的應變，由此檢測旋轉部分的旋轉扭矩。

發明內容

然而，難于通過軸承完全消除徑向方向上的旋轉部分的振動。因此，即使在旋轉部分中生成微小的振動，扭矩傳感器的輸出也易于顯著地變化。順便提及，扭矩傳感器常常通過螺釘緊固到旋轉部分，并且在應變部分上生成的應變也受到螺釘的緊固力的影響。螺釘的緊固力由于負荷的大小和旋轉部分的振動而變化，這使得扭矩傳感器更易于受到負荷和振動的影響。

為了克服上述問題，可以設想使用一種如下設計：通過螺釘緊固的部分在幾何上盡可能遠離應變體。然而，上述設計導致了扭矩傳感器的尺寸的增加，并且因此難于將上述設計應用于其中需要減小尺寸和重量的應用，例如移動機器人。此外，為了消除振動成分，基本上使用松弛較小的具有嚴格的配合和尺寸公差的設計。結果，增加了機械部件之間的應力，并且因此扭矩傳感器部分變得更易于受到其他部件的壓縮力和牽引力以及其他部件的緊固力的影響。

考慮到如上文所述的情形，需要提供能夠抑制負荷和振動的影響的尺寸縮小的扭矩傳感器以及包括該扭矩傳感器的機器人裝置。

考慮到上述情形，根據本發明的實施例，提供了一種扭矩傳感器，其包括：第一旋轉體，其可圍繞輸入軸旋轉；第二旋轉體，其可圍繞輸出軸旋轉；應變體；以及檢測元件。

應變體包括第一接合部分。第一接合部分在平行于輸入軸的第一方向、垂直于第一方向的第二方向和圍繞輸入軸的第三方向上與第一旋轉體和第二旋轉體中的至少一個分離，并且能夠在第三方向上接合到第一旋轉體和第二旋轉體中的至少一個。應變體在第一旋轉體和第二旋轉體之間傳送朝向第三方向的旋轉扭矩。

檢測元件設置到應變體以測量由于旋轉扭矩引起的應變體的應變。

上述扭矩傳感器具有如下結構：其中第一旋轉體和第二旋轉體彼此分割，并且旋轉扭矩通過應變體從第一旋轉體傳送到第二旋轉體。檢測元件測量在應變體上生成的應變，并且檢測旋轉扭矩。在該情況中，應變體包括第一接合部分，其能夠在第一方向、第二方向和第三方向上相對于第一旋轉體和第二旋轉體中的至少一個移動，并且能夠接合到第三方向。

這樣，在扭矩傳感器內部或者輸入/輸出部分中，形成了機械解耦結構，其中應變體未在第一方向和第二方向上耦合到第一旋轉體和第二旋轉體中的至少一個，并且應變體基本上在第三方向上未耦合到第一旋轉體和第二旋轉體中的至少一個。因此，應變體具有上述三個方向上的預定的自由度。結果，盡可能地減少了關于振動成分的影響，并且因此可以實現通過檢測元件高度準確地檢測旋轉扭矩。此外，扭矩傳感器具有上述機械解耦結構，并且因此可能防止扭矩傳感器尺寸增加。

第一旋轉體和第二旋轉體可以由一對同心環形體形成，成對的同心環形體被布置為在第二方向上彼此相對并且具有彼此不同的直徑。在該情況中，應變體包括在第一旋轉體和第二旋轉體之間在第二方向上徑向延伸的多個軸部分。

通過該配置，可能防止沿第一方向的厚度尺寸增加，并且因此可能使扭矩傳感器更薄。

同時，第一旋轉體和第二旋轉體可以由一對環形體形成，成對的環形體被布置為在第一方向上彼此相對。在該情況中，應變體包括在第一旋轉體和第二旋轉體之間的在第一方向上延伸的圓柱部分。

通過該配置，可能防止沿第二方向的直徑尺寸增加，并且因此可能減小扭矩傳感器的尺寸。