一种机械臂关节扭矩测量装置的制作方法

本实用新型涉及机器人设计技术领域，具体涉及一种机械臂关节扭矩测量装置。

背景技术：

图1所示，现有技术中的机械臂关节扭矩测量装置，包括弹性体11、测头9及位移检测器件10，其中弹性体11分为外环12及内环16，在内环16与外环12之间通过弹性筋进行连接；位移检测器件10安装在外环12上，测头9安装在弹性筋靠近内环16的一端、并与位移检测器件10相对应，可沿弹性体11的周向、相对位移检测器件10的检测方向运动。两条弹性筋，以内环16的中心对称设置。在外环与内环之间设置有两条弹性筋，分别为第一弹性筋14及第二弹性筋15，外环12与内环16即通过第一弹性筋14及第二弹性筋15连在一起，第一弹性筋14及第二弹性筋15以内环16中心对称设置；第一弹性筋14及第二弹性筋15均由两条样条曲线闭合形成，样条曲线的一端连到外环12上、另一端连到内环16上，宽度均匀变化，使结构受力均匀。外环12与内环16同心设置，在外环12上沿圆周方向均布有多个外环安装孔13，内环16的中部开有供关节电缆在关节内部走线的走线孔18，该走线孔18的外围沿圆周方向均布有多个内环安装孔17。关节输出件的负载中，除了关节扭矩外，所有力、力矩均通过关节输出件、关节轴承、轴承端盖传递到关节外壳上，关节扭矩通过关节输出件、径向支撑、扭矩检测装置中的外环12、第一弹性筋14、第二弹性筋15、内环16、驱动输出轴8、关节驱动2传递到关节外壳1上。由于弹性体11中的第一弹性筋14及第二弹性筋15的弹性变形，使扭矩检测装置3中的测头9相对位移检测器件10沿扭矩检测装置3周向运动，产生位移信号；由于弹性体11的扭转刚度，不同大小的关节扭矩会产生不同大小的位移，通过位移检测器件产生模拟信号，通过放大、滤波、A/D采集、信号处理计算出扭矩大小，实现机械臂关节扭矩测量。现有技术中的机械臂关节扭矩测量装置只能测量单向扭矩，对于双向扭矩均有测量需求的机械臂关节无法满足测量需求。

因此研发一款机械臂关节扭矩测量装置以克服上述技术缺陷中的至少一种成为一种必需。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种机械臂关节扭矩测量装置，具有：双转向测量、灵敏度高、扭矩数据多位置并行测量、结构简单易于加工，及制作成本低的技术优点。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现：

本实用新型提供一种机械臂关节扭矩测量装置，包括：外连接环、内连接环、和压力感应装置；所述内连接环上紧固设置有弧状支架，所述弧状支架的两端分别设置有弧状触头；所述外连接环上设置有与所述弧状触头外形相适配的弧状套筒；所述弧状套筒内设置有所述压力感应装置，所述压力感应装置的末端通过弹性阻尼装置与所述弧状套筒的底端相抵；所述弧状触头伸入所述弧状套筒内的长度大于所述弹性阻尼装置可恢复弹性形变的最大形变长度。

在优选的实施方案中，所述弧状支架的设置数量为多个。

在优选的实施方案中，还包括控制器，所述弧状套筒的侧壁设置有导线槽，所述压力感应装置的连接线穿过所述导线槽后与控制器连接。

在优选的实施方案中，所述外连接环上均匀布置有多个螺栓孔。

在优选的实施方案中，所述内连接环上均匀布置有多个螺纹孔。

在优选的实施方案中，所述外连接环、内连接环、弧状支架、弧状触头和双向弧状套筒的中心线位于同一平面内。

本实用新型的有益效果为：本实用新型通过提供一种机械臂关节扭矩测量装置，有效的解决了如何双转向测量机械臂关节扭矩的技术问题。设置在弧状支架两端的弧状触头能够依据机械臂关节的扭转方向，分别触发设置在弧状支架两端的弧状套筒内的压力感应装置，根据压力感应装置反馈的压力信息及压力感应装置所处的旋转半径，既能计算出当前转动方向下的关节扭矩，由于弧状支架的两端均设置有弧状触头，故当机械臂关节换向扭转时亦能准确输出所需的关节扭矩数据；进一步的，本实用新型通过采用将弧状触头伸入弧状套筒内的长度设置为大于弹性阻尼装置可恢复弹性形变的最大形变长度，有助于取得无论机械臂关节向何方向旋转，弧状触头均不会从相应的弧状套筒内完全抽出的技术效果，上述结构为机械臂关节扭矩测量装置的结构可靠性提供有力的结构支持。

进一步的，本实用新型通过将弧状支架的设置数量设置为多个，有助于达到提升机械臂关节扭矩测量精度的技术效果，多组压力传感器并行监测同一关节扭矩技术参数，为关节扭矩数据采集及更进一步分析关节扭矩数据提供结构支持，进而能够及时发现采集到的错误数据，并将正确的测量数据数值平均后获得更为接近真实值的测量值；此外，本实用新型通过采用多组压力传感器并行监测同一技术参数，还可以取得及时发现某一传感器技术故障，并及时更换故障传感器的技术效果。

进一步的，本实用新型通过为机械臂关节扭矩测量装置进一步设置控制器，为及时发现采集到的错误数据、将正确的测量数值平均后获得更为接近真实值的测量值，以及反馈机械臂关节扭转方向提供有力的结构支持；本实用新型利用控制器对压力信号源的物理地址进行识别，既能达到判断机械臂关节扭矩的技术效果；本实用新型进一步利用控制器对压力信号的检测值进行错误数据摘除、正确数据求和并平均，既能达到提高机械臂关节扭矩测量精度的技术效果，所得结果相比现有技术中的机械臂关节扭矩测量装置能够更进一步接近数据真实值。

进一步的，本实用新型通过在外连接环上均匀布置多个螺栓孔，为方便将外连接环与机械臂关节定子紧固连接提供有力的结构支持。螺栓孔的设置使外连接环具备少量的位置调整余量，进而为方便装配提供了结构支持。

进一步的，本实用新型通过在内连接环上均匀布置多个螺纹孔，为方便将内连接环与机械臂关节转子紧固连接提供有力的结构支持，螺纹孔的设置有助于实现内连接环与机械臂关节转子在位置上高度一致的精确连接，有助于提升压力感应装置设置的同轴度，进而达到提升机械臂关节扭矩测量装置测量精度的技术效果。

进一步的，本实用新型通过将外连接环、内连接环、弧状支架、弧状触头和双向弧状套筒的中心线设置在同一平面内，有助于达到取得减少机械臂关节扭矩测量装置结构尺寸的技术效果，改进后的机械臂关节扭矩测量装置其机械结构将更为轻薄，能够为相邻零部件预留更多的装配空间。

附图说明

下面根据附图对本实用新型作进一步详细说明。

图1是现有技术中机械臂关节扭矩测量装置结构示意图；

图2是本实用新型实施例1中机械臂关节扭矩测量装置的结构示意图；

图3是本实用新型实施例1中机械臂关节扭矩测量装置的改进结构示意图；

图4是本实用新型实施例2中机械臂关节扭矩测量装置的结构示意图。

图中：

100、外连接环；110、弧状套筒；111、导线槽；200、内连接环；210、弧状支架；211、弧状触头；300、压力感应装置；301、第一压力感应装置；302、第二压力感应装置；303、第三压力感应装置；304、第四压力感应装置；310、连接线；400、弹性阻尼装置；500、控制器。

具体实施方式

实施例1：

如图2所示，本实用新型中的一种机械臂关节扭矩测量装置包括：外连接环100、内连接环200、和压力感应装置300；所述内连接环200上紧固设置有弧状支架210，所述弧状支架210的两端分别设置有弧状触头211；所述外连接环100上设置有与所述弧状触头211外形相适配的弧状套筒110；所述弧状套筒110内设置有所述压力感应装置300，所述压力感应装置300的末端通过弹性阻尼装置400与所述弧状套筒110的底端相抵；所述弧状触头211伸入所述弧状套筒110内的长度大于所述弹性阻尼装置400可恢复弹性形变的最大形变长度。

需要说明的是，本实施例中，压力感应装置的结构为现有技术，故其详细结构在此不再进一步图示与赘述。

优选的，如图3所示，在本实施例的一个优选技术方案中，还包括控制器500，所述弧状套筒110的侧壁设置有导线槽111，所述压力感应装置的连接线310穿过所述导线槽111后与控制器500连接。本实用新型通过为机械臂关节扭矩测量装置进一步设置控制器，为及时发现采集到的错误数据、将正确的测量数值平均后获得更为接近真实值的测量值，以及反馈机械臂关节扭转方向提供有力的结构支持；本实用新型利用控制器对压力信号源的物理地址进行识别，既能达到判断机械臂关节扭矩的技术效果；本实用新型进一步利用控制器对压力信号的检测值进行错误数据摘除、正确数据求和并平均，既能达到提高机械臂关节扭矩测量精度的技术效果，所得结果相比现有技术中的机械臂关节扭矩测量装置能够更进一步接近数据真实值。

需要说明的是，本实施例中，控制器的结构及内置在控制器内的控制程序均为现有技术，使用现有技术中的单片机或PLC等具备逻辑运算功能的控制装置均可能应用在本实施例上述技术方案中，故关于控制器的具体技术信息在此不再进一步图示及赘述。

优选的，在本实施例的一个优选技术方案中，弹性阻尼装置为弹簧。使用时根据机器人关节扭力设计强度选择合适阻尼强度的弹簧及检测范围与其相适配的压力感应装置即可组装完成。

优选的，在本实施例的一个优选技术方案中，所述外连接环上均匀布置有多个螺栓孔。本实用新型通过在外连接环上均匀布置多个螺栓孔，为方便将外连接环与机械臂关节定子紧固连接提供有力的结构支持。螺栓孔的设置使外连接环具备少量的位置调整余量，进而为方便装配提供了结构支持。

优选的，在本实施例的一个优选技术方案中，所述内连接环上均匀布置有多个螺纹孔。本实用新型通过在内连接环上均匀布置多个螺纹孔，为方便将内连接环与机械臂关节转子紧固连接提供有力的结构支持，螺纹孔的设置有助于实现内连接环与机械臂关节转子在位置上高度一致的精确连接，有助于提升压力感应装置设置的同轴度，进而达到提升机械臂关节扭矩测量装置测量精度的技术效果。

本实用新型通过提供一种机械臂关节扭矩测量装置，有效的解决了如何双转向测量机械臂关节扭矩的技术问题。设置在弧状支架两端的弧状触头能够依据机械臂关节的扭转方向，分别触发设置在弧状支架两端的弧状套筒内的压力感应装置，根据压力感应装置反馈的压力信息及压力感应装置所处的旋转半径，既能计算出当前转动方向下的关节扭矩，由于弧状支架的两端均设置有弧状触头，故当机械臂关节换向扭转时亦能准确输出所需的关节扭矩数据；进一步的，本实用新型通过采用将弧状触头伸入弧状套筒内的长度设置为大于弹性阻尼装置可恢复弹性形变的最大形变长度，有助于取得无论机械臂关节向何方向旋转，弧状触头均不会从相应的弧状套筒内完全抽出的技术效果，上述结构为机械臂关节扭矩测量装置的结构可靠性提供有力的结构支持。

实施例2：

如图4所示，本实施例在上述实施例基础上，所述弧状支架210的设置数量为多个。本实用新型通过将弧状支架的设置数量设置为多个，有助于达到提升机械臂关节扭矩测量精度的技术效果，多组压力传感器并行监测同一关节扭矩技术参数，为关节扭矩数据采集及更进一步分析关节扭矩数据提供结构支持，进而能够及时发现采集到的错误数据，并将正确的测量数据数值平均后获得更为接近真实值的测量值；此外，本实用新型通过采用多组压力传感器并行监测同一技术参数，还可以取得及时发现某一传感器技术故障，并及时更换故障传感器的技术效果。

如图4所示，本实施例中共设置有四个压力感应装置，分别是：第一压力感应装置301、第二压力感应装置302、第三压力感应装置303和第四压力感应装置304。当外连接环100相对于内连接环200逆时针旋转时，第一压力感应装置301和第四压力感应装置304反馈压力数据；当外连接环100相对于内连接环200顺时针旋转时，第二压力感应装置302和第三压力感应装置303反馈压力数据，反馈至控制器的压力数据经控制器换算成扭矩值后对外输出。

优选的，在本实施例的一个优选技术方案中，压力感应装置直接具备扭矩换算输出的功能，可通过与压力感应装置相连的显示装置直接呈现相应压力感应装置所检测的扭矩数据。

需要说明的是，本实施例中弧状支架的设置数量不限于图3所示的2个，本领域技术人员能够理解，由于在机械臂关节扭矩测量装置上所使用的压力感应装置均为同款同批次生产的合格传感器产品，依照上述结构及监测精度的需求弧状支架的设置数量越多，参与测量同一技术参数的压力传感器的数量就越多，进而通过求均值得到的测量结果和真实值就越接近，但弧状支架的设置数量过多，会对机械臂关节扭矩测量装置的外连接环相对内连接环的转动幅度造成影响，故实际制作时可依据所需监测精度及外连接环相对内连接环的转动幅度的大小做出灵活选择，这些不同的结构选择形式均应落入本实用新型的保护范围。

优选的，在本实施例的一个优选技术方案中，所述外连接环、内连接环、弧状支架、弧状触头和双向弧状套筒的中心线位于同一平面内。本实用新型通过将外连接环、内连接环、弧状支架、弧状触头和双向弧状套筒的中心线设置在同一平面内，有助于达到取得减少机械臂关节扭矩测量装置结构尺寸的技术效果，改进后的机械臂关节扭矩测量装置其机械结构将更为轻薄，能够为相邻零部件预留更多的装配空间。

本实用新型不局限于上述最佳实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。