[發明專利]一種基于并聯分載原理的機器人高剛度關節力矩傳感器

在審

• 申請號: 202011385481.4
• 申請日: 2020-12-01
• 公開（公告）號: CN112665765A
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發明（設計）人: 孫永軍;崔士鵬;史士財;劉伊威;劉宏
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01L1/22
• 分類號: G01L1/22;G01L3/00
• 代理公司: 哈爾濱華夏松花江知識產權代理有限公司 23213
• 代理人: 高志光

本發明屬于機器人技術領域，涉及一種關節力矩傳感器，具體是指一種基于并聯分載原理的機器人高剛度關節力矩傳感器，為了解決被動式過載保護傳感器剛度低、過載保護能力差，且調整間隙難以保證，制造成本高昂的問題，本發明是基于并聯分載原理的力矩傳感器，適用于機器人關節力矩的測量，而且根據傳感器的設計需要，合理分配分載梁和彈性梁的剛度比值，采用分載梁承擔大部分的力矩載荷，提高力矩傳感器的剛度，本發明采用分載梁承擔大部分的力矩載荷，可有效實現力矩傳感器的過載保護，解決了采用銷孔式、螺紋式過載保護間隙值難以保證，制造成本高昂的技術問題。

技術領域

本發明屬于機器人技術領域，涉及一種關節力矩傳感器，具體是指一種基于并聯分載原理的機器人高剛度關節力矩傳感器。

背景技術

關節力矩傳感器用來檢測機器人的關節力矩，實現機器人的精確力感知，是機器人具備力控制的前提條件。現有的機器人關節力矩傳感器通常為輪輻式結構，采用彈性梁直接受載的方式實現力矩載荷的測量，如CN1815156A、CN 101118194A和CN10673773A等。通過保護梁和調整墊塊(CN1815156A)或盲孔和保護銷(CN101118194A)的方式實現過載保護。基本原理是通過調整間隙實現關節力矩傳感器的過載保護。該方式為被動式過載保護，傳感器剛度低，且調整間隙難以保證，制造成本高昂。

發明內容

發明目的：為了解決被動式過載保護傳感器剛度低、過載保護能力差，且調整間隙難以保證，制造成本高昂的問題，本發明提出一種基于并聯分載原理的機器人高剛度關節力矩傳感器。

本發明是通過以下方案實施的：一種基于并聯分載原理的機器人高剛度關節力矩傳感器，它包括力矩敏感元件、電路板和多個應變計；

多個應變計和電路板均設置在力矩敏感元件上；

所述力矩敏感元件包括外環、內環和連接梁結構；

所述外環和內環同軸設置；外環的圓周內側和內環的圓周外側通過連接梁結構連接為一體；

所述連接梁結構包括多個彈性梁和多個分載梁；多個彈性梁沿圓周分布在外環的圓周內側和內環的圓周外側之間；多個分載梁沿圓周分布在外環的圓周內側和內環的圓周外側之間；每個分載梁設置在兩個彈性梁之間；

每兩個所述應變計對稱設置在彈性梁兩側的外側壁上。

進一步地，所述彈性梁的數量為三個、四個、六個或八個。

再進一步地，所述外環上設有多個沿圓周方向分布的外環通孔。

進一步地，所述內環上設有多個沿圓周方向分布的內環通孔。

再進一步地，所述外環通孔的數量為個、所述內環通孔的數量為個。

進一步地，電路板與矩敏感元件通過螺栓固接。

再進一步地，分載梁的扭轉剛度大于彈性梁的扭轉剛度。

進一步地，所述分載梁設置為柔性鉸鏈、U型鉸鏈或球形鉸鏈。

再進一步地，所述彈性梁為通孔式結構。

進一步地，所述通孔式結構為方形通孔，所述方形通孔沿力矩敏感元件的軸線方向設置，方形通孔每側的兩端分別連接一個半圓形通槽；所述半圓形通槽向矩敏感元件的圓周方向延伸。

有益效果：

本發明是基于并聯分載原理的力矩傳感器，適用于機器人關節力矩的測量，而且根據傳感器的設計需要，合理分配分載梁和彈性梁的剛度比值，采用分載梁承擔大部分的力矩載荷，提高力矩傳感器的剛度。

本發明采用分載梁承擔大部分的力矩載荷，可有效實現力矩傳感器的過載保護，解決了采用銷孔式、螺紋式過載保護間隙值難以保證，制造成本高昂的技術問題。