[发明专利]一种扭矩测量装置的结构件与过载保护机构

说明书

本发明提供了一种扭矩测量装置的结构件与过载保护机构。其中，结构件包括外圈、内圈以及第一连接部；结构件还包括设置在外圈和内圈之间的第二连接部，第二连接部被配置为：当结构件安装在扭矩测量装置时，第二连接部用于抵抗扭矩测量装置受到的弯矩。外圈和内圈之间设置有过载保护机构，过载保护机构包括凹陷部和凸起部，凸起部的头部容纳在凹陷部，凸起部与凹陷部相对的侧面间有间隙。本发明解决了现有扭矩测量装置的抗弯矩性能差的问题。当负载过大时，过载保护机构可以有效解决机器人运动过程中过载对应变体的破坏，提高扭矩测量装置的使用寿命，降低成本。

技术领域

本发明涉及一种扭矩测量装置，具体涉及一种扭矩测量装置的结构件与过载保护机构，属于机器人传感器技术领域。

背景技术

安装在机器人关节处的扭矩传感器用来测量其中一个旋转方向的扭矩，扭矩传感器通常具有一个或一个以上的应变体，通过测量应变体的变形量大小来计算传感器所承受的扭矩。在传感器设计时，通过结构的设计确保应变体的变形量和扭矩成近似的线性关系。应变体的变形量测量可以采用电阻式(应变片)、电容式、电磁式和光学式等方式。

扭矩传感器安装在机器人关节的输出处，可以直接测量关节的输出扭矩，相对于采用电机电流计算关节扭矩的方法，可以获得更精确的关节输出扭矩值。安装到机器人关节上的扭矩传感器具有如下要求：(1)除了扭矩测量方向，其他方向的刚度要尽量大，可以提高机器人关节在其他方向的刚度，从而提高机器人的定位精度，同时可以减少机器人运动过程中产生其他方向力对扭矩传感器输出信号的影响；(2)机器人在运动过程中存在撞到周围物体的可能性，在碰撞时也存在软保护失效的可能，为了保护机器人关节中扭矩传感器的应变体，扭矩传感器需要具有过载保护功能。

目前市场上现有的扭矩传感器虽然在设计时尽量去提高其他方向的刚度，但都不会得到大幅度的改善。现有的过载保护机构与方法，装配时具有一定的难度。针对目前比较接近的专利，做如下专利分析。

美国专利US20170266814A1公开了一种机器人用关节力矩传感器，如图1所示，应变体301是可以拆卸下来，方便应变敏感元件的贴装。除了两个应变体301外，在传感器的内圈和外圈增加了四个梁401，四个梁只是用来连接传感器的内圈和外圈，并没有对这些梁的尺寸做特别设计，以提高传感器在其他方向的刚度。

美国专利US008291775B2公开了一种机器人用扭矩传感器，如图2所示，从传感器的内圈到外圈有4个梁，其中两个梁为应变梁，用来贴装应变片。另外两个梁与传感器的外圈做成如图2中局部放大图所示的结构，图中外圈102的凹陷内侧面和凸起部502的端部外侧面之间留有间隙，这部分的设计主要为了减少机器人关节减速器在轴向和径向跳动对传感器扭矩信号的波动的影响。

中国专利CN101118194A公开了一种具有抗过载功能的扭矩传感器，如图3所示，传感器除了应变体303外，在传感器的内圈开有盲孔203，在传感器的外圈开有通孔103，盲孔203和通孔103同轴，其中通孔103的孔径大于盲孔203的孔径。通过外圈的通孔103，把销钉503打到内圈的盲孔203里。销钉503和通孔103之间具有一定的间隙，当发生过载时，销钉503和外圈的通孔103相碰，起到保护传感器应变体303的作用。该方式对同轴孔加工精度要求很高，同时由于传感器的柔性，同轴孔的加工更难。另外，在销钉503装配时，销钉503和通孔103在圆周上的间距很难控制均匀，可能导致一个方向间距过大起不到保护应变体303的作用，另外一个方向间距过小提前保护应变体303。

通过对以上相近似专利进行分析，可以看出现有技术方案在解决传感器抗弯矩能力和过载保护实现上都存在一定的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：(1)扭矩测量装置的抗弯矩性能；(2)扭矩测量装置的过载保护。

为了解决上述技术问题，本发明提供了扭矩测量装置，带有抗弯矩结构与过载保护机构，具体技术方案如下：