[实用新型]一种可测扭矩的谐波减速器

说明书

本实用新型公开了一种可测扭矩的谐波减速器，包括了钢轮、柔轮、波发生器、交叉滚子轴承和应变片；所述帽型柔轮的顶部置于所述钢轮腔体内并且与所述钢轮内啮合传动；所述帽型柔轮的帽沿部与关节壳体固定，底部贴应变片以利用柔轮的变形测量输出扭矩；所述钢轮与输出轴通过螺栓连接输出动力。本实用新型将传统的柔轮输出方式改为钢轮输出方式以便信号采集。由于钢轮输出扭矩时会引起柔轮的相应变形，本实用新型利用此特性在柔轮上贴应变片测出谐波减速器的输出扭矩。本实用新型成本低、测量精度高，结构紧凑、空间占比少。

技术领域

本实用新型涉及谐波减速器，协作机器人关节传动领域，具体为一种具有力矩感知能力可测关节输出扭矩的谐波减速器。

背景技术

谐波减速器被广泛应用于精密传动特别是协作机器人的关节传动中，是一种大减速比、高精度、小回差、结构紧凑的减速装置。在协作机器人的控制中，为了增加控制的准确性和安全性，一般在谐波减速器的输出端和连杆负载端之间再增加一个扭矩传感器。这种结构无形中就增加了多余的柔性单元，使得体积增大，关节整体刚性和传动精度明显下降，成本也随之提高。为此，在专利WO 2010/142318 A1(A device for measuring torque)中提出了一种在谐波减速器刚轮和壳体之间增加柔性测量单元测量扭矩的方法；在专利CN205350255 U(一种带应变片的谐波减速器)中也提出了一种类似的增加弹性体测量扭矩的方法；这种设计虽然会使减速器体积有所减小但结构依然复杂并且柔性环节没有减少。在专利CN 103486225A(具有力矩感知功能的谐波减速器)中提出了一种改进方法，该方法直接利用谐波减速器柔轮的柔性特点并在上面贴应变片以测量扭矩。此方法虽然减少了柔性单元但是因为应变片贴在柔轮上并且柔轮作为旋转输出，所以信号和电力的传输必须通过动导电环、静动导电环传输，这无形中又增加了结构的复杂性和信号的不稳定性。

实用新型内容

针对以上方法的不足，本实用新型研发了一种结构简单、紧凑、扭矩测量简便精确的带应变片的扭矩测量谐波减速器。

本实用新型的可测扭矩的谐波减速器，包括刚轮、柔轮、波发生器、交叉滚子轴承和应变片；所述的柔轮为帽型柔轮，帽型柔轮的顶部置于所述刚轮腔体内并且与所述刚轮内啮合传动；所述帽型柔轮的帽沿部通过螺栓与壳体固定，并且帽沿底部贴应变片以利用柔轮的变形测量输出扭矩；所述应变片为专门用于测扭矩的金属箔式应变片，实际应用中其具体位置和数量可根据相应的精度补偿算法进行适当增减。其信号可以通过公知的惠斯通全桥电路处理并将相应的电路及补偿算法集成到电路板上。所述刚轮与输出轴通过螺栓连接输出动力；所述柔轮与壳体固定不动并与所述交叉滚子轴承外圈紧固；所述刚轮与所述交叉滚子轴承内圈紧固输出动力，所述波发生器置于所述柔轮中并由电机带动旋转使所述柔轮发生可控的挠曲变形。

进一步的，所述的波发生器的凸轮为标准的椭圆结构，所述的波发生器的凸轮通过柔性轴承与帽型柔轮的内圈转动连接。

本实用新型与现有技术相比具有如下优点：

本实用新型直接利用柔轮的柔性作为检测力矩的载体，不用增加额外的柔性单元，使得结构更简单紧凑，体积更小，更便于与电机等其他部件集成。由于只有一个柔性单元，扭矩测量也不存在耦合问题，所以测量精度也会随之提高。此外采用柔轮固定刚轮输出的方式也可以保障应变片信号采集更加简单容易，力矩信号更稳定，更精确。由于减少了额外扭矩传感器的购置费用，所以总体成本也会有所下降。

附图说明

图1为本实用新型谐波减速器的结构示意图；

图2为本实用新型应变片在柔轮上布置示意图。

其中，柔轮1、交叉滚子轴承外圈2、应变片3、交叉滚子轴承内圈4、刚轮5、波发生器6、输出轴7、柔性轴承8。

具体实施方式