[发明专利]扭矩传感器装置

说明书

本公开提供了一种扭矩传感器装置(100，100’)，该扭矩传感器装置包括圆形主体，该圆形主体包括环形内凸缘(10)和环形外凸缘(20)以及位于环形内凸缘(10)和环形外凸缘(20)之间的圆形中间部分(30)，其中环形内凸缘(10)比环形外凸缘(20)更靠近圆形主体的中心定位，并且其中圆形中间部分(30)是连续实心部分。

技术领域

本发明涉及一种扭矩传感器装置，该扭矩传感器装置构造成用于确定某个物体的扭矩，例如从动轴或机器人关节。

背景技术

精确地检测物体(例如某个从动轴或关节)的扭矩是一个与多种应用相关的问题。一个具体的应用涉及机器人关节运动过程中的扭矩测量。在机器人的关节中，各种方向的载荷作用在该关节上，为了精确地检测作用在关节上的旋转方向上的扭矩，通常必须提供一些抵消机构，以便从测量过程中排除除旋转方向之外的方向上的载荷。然而，可靠地排除这种载荷是非常困难的。

在现有技术中，已知通过惠斯通电路和包括径向弹性扭矩传递部分的扭矩传感器来补偿除旋转方向之外的方向上的载荷(例如，参见WO2018/041948A1)。

然而，已知的扭矩传感器装置仍然存在扭矩测量缺乏准确性和相对庞大的构造的问题，而且，当涉及到通过传感器装置密封齿轮箱的目的时，需要连接到传感器主体的附加构件。

因此，需要一种扭矩传感器装置，该扭矩传感器装置允许精确的扭矩测量，并且能够以紧凑的轻质结构形成。

发明内容

为了解决上述需求，本发明提供了一种扭矩传感器装置，该扭矩传感器装置包括圆形主体，该圆形主体包括环形内凸缘和环形外凸缘以及位于环形内凸缘和环形外凸缘之间的圆形中间部分，其中环形内凸缘比环形外凸缘更靠近圆形主体的中心定位。圆形中间部分是连续的实心部分(不包括开口/切口)，其至少部分地可以在轴向方向上具有比内和/或外凸缘更小的厚度。原则上，圆形主体可以是一体主体，或者可以包括相互附接的部件。

这种具有沿径向方向从内凸缘连续延伸到外凸缘的中间部分的紧凑构造允许使用扭矩传感器装置来密封例如齿轮箱，而不需要如现有技术中所必需的附加密封器件，如密封膜例如，扭矩传感器装置适于密封机器人关节的齿轮箱。

根据一个实施例，内施力开口形成在内凸缘中，外施力开口形成在外凸缘中。待测量扭矩例如通过所涉及的旋转轴和某静态构件，经由连接到内和外施力开口的连接构件而被传递。因此，可以测量在内凸缘和外凸缘之间施加的扭矩。

多个测量换能器可以特别地以成对的方式形成在圆形中间部分中和/或上。测量换能器可以包括硅应变仪、箔应变仪和薄层应变仪中的至少一者或由其组成。特别地，测量换能器对可以关于扭矩传感器装置的轴向方向(在垂直于圆形主体的主表面的方向上延伸穿过圆形主体的中心的轴线)对称地布置。应变仪可以感测剪切应变，特别地，其取向为相对于在平行于圆形主体主表面的方向上穿过圆形主体中心延伸的径向轴线倾斜45°，一对应变仪中的应变仪相对于该径向轴线对称地布置。彼此相对定位的测量换能器对限定了测量通道。该布置允许消除或大大减少倾斜以及径向和轴向载荷对扭矩测量的影响，并且因此允许通过本发明的扭矩传感器装置获得的测量结果的准确度增加(也参见下面的详细描述)。

根据特定实施例，多个测量换能器包括至少四对测量换能器，其中每对测量换能器中的两个测量换能器相对于沿平行于圆形主体的主表面的方向延伸穿过圆形主体中心的轴线(径向轴线)对称定位。通过可靠地抑制径向和轴向载荷以及倾斜的影响，这种布置在测量精度方面可以是有利的。