一種小型轉(zhuǎn)矩傳感器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供輕型高精度用于低轉(zhuǎn)速檢測(cè)的轉(zhuǎn)矩傳感器，適用于動(dòng)靜兩種狀態(tài)。本發(fā)明的轉(zhuǎn)矩傳感器具備：伴隨驅(qū)動(dòng)源的驅(qū)動(dòng)而旋轉(zhuǎn)的輸入軸；伴隨輸入軸的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)而旋轉(zhuǎn)的輸出軸；彈性體(D3)與輸出軸為一體式結(jié)構(gòu)，置于輸入與輸出軸之間，能無(wú)摩擦無(wú)損耗的支撐該旋轉(zhuǎn)傳遞結(jié)構(gòu)，彈性體在內(nèi)外輪緣之間產(chǎn)生力矩差時(shí)發(fā)生變形；粘貼在彈性體上的應(yīng)變片伴隨其變形阻值發(fā)生改變，由輸出端電路系統(tǒng)檢測(cè)出電信號(hào)；定位軸套用于部件1和部件2配合安裝時(shí)的徑向定位，同時(shí)保護(hù)和支撐彈性體外輪緣；通過(guò)輸入軸和輸出軸與外部連接件進(jìn)行固結(jié)。此外，本發(fā)明的另一特點(diǎn)是為降低電路傳輸過(guò)程的信號(hào)損失，采用內(nèi)嵌式電路板，將其安裝在彈性體(D3)端面周?chē)?br> 【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種小型轉(zhuǎn)矩傳感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種適用于動(dòng)靜態(tài)輕型且易于與外部機(jī)械結(jié)構(gòu)連接的小型轉(zhuǎn)矩傳感器。

【背景技術(shù)】
[0002]力信息感知獲取是智能機(jī)器人最重要的感知之一，實(shí)時(shí)高精度的力/力矩信息感知是機(jī)器人完成作業(yè)的最重要前提條件之一。力/力矩傳感器能獲取機(jī)器人作業(yè)時(shí)與外界環(huán)境之間的相互作用力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的力覺(jué)、觸覺(jué)和滑覺(jué)等感知。機(jī)械手必須能夠靈敏的感知從端力的變化，而傳感器與關(guān)節(jié)處的連接及分辨率等因素影響著整個(gè)系統(tǒng)的精度。因此，如何高效、低成本實(shí)現(xiàn)高精度力/力矩信息的獲取、如何解決力/力矩傳感器的剛度和靈敏度之間的矛盾、以及如何提高信息獲取的精度、速度，降低傳感器機(jī)械機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)傳感器小型化從而提高整體緊湊性是當(dāng)前面臨的主要挑戰(zhàn)。
[0003]在力矩傳感器中，彈性元件的結(jié)構(gòu)決定了力矩傳感器的性能優(yōu)劣，同時(shí)也影響傳感器的加工工藝性以及貼片的難易程度。對(duì)于多維力傳感器由于彈性體設(shè)計(jì)原理及制造加工等因素影響，傳感器存在維間耦合，這種耦合關(guān)系復(fù)雜且難以從理論上進(jìn)行精確描述，導(dǎo)致其測(cè)量精度降低。彈性體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)傳感器的綜合性能影響很大，是影響傳感器性能的核心技術(shù)。根據(jù)不同應(yīng)用的需求，設(shè)計(jì)出傳感器新型彈性體結(jié)構(gòu)是目前需要不斷攻克的難題。由于應(yīng)用環(huán)境的不同，設(shè)計(jì)不同應(yīng)用的傳感器時(shí)時(shí)必須從傳感器的彈性體結(jié)構(gòu)、材料、信號(hào)獲取、信息整合和傳輸方法等重新考慮。滿(mǎn)足特殊應(yīng)用和環(huán)境要求的新型彈性體傳感器的設(shè)計(jì)是當(dāng)前力/力矩傳感器的主要研究熱點(diǎn)之一。
[0004]在外骨骼搖操作主手和人體協(xié)調(diào)性的研究中可知，由于人體的運(yùn)動(dòng)靈活性和復(fù)雜性，就要求傳感器在測(cè)量外骨骼相對(duì)人體的不同姿態(tài)時(shí)的實(shí)時(shí)力矩信息，并且具有尺寸小，重量輕，靈敏度高，動(dòng)態(tài)特性好等特點(diǎn)。傳感器在外骨骼機(jī)構(gòu)系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用，因此需要根據(jù)外骨骼關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)設(shè)計(jì)出適用的傳感器來(lái)滿(mǎn)足整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，從而提高整體機(jī)構(gòu)的性能。本發(fā)明針對(duì)的外骨骼搖操作主手授理號(hào)201410432249.X。
[0005]本發(fā)明圍繞以上已受理專(zhuān)利有關(guān)外骨骼搖操作主手研究提出一種適用于該結(jié)構(gòu)的小型化關(guān)節(jié)力矩傳感器，該傳感器根據(jù)外骨骼連接軸的尺寸進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用鍵進(jìn)行連接，適用于動(dòng)靜態(tài)兩種狀態(tài)下使用；彈性體和內(nèi)外輪緣一體式結(jié)構(gòu)，可精確地在盤(pán)形結(jié)構(gòu)下傳遞轉(zhuǎn)矩；采用放大電路板內(nèi)嵌入傳感器的形式，大大減小了連接導(dǎo)線的傳輸長(zhǎng)度，提高系統(tǒng)的信噪比。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種適用于檢測(cè)外骨骼搖操作主手關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩的小型轉(zhuǎn)矩傳感器，為了滿(mǎn)足整體結(jié)構(gòu)的緊湊、穩(wěn)定性，傳感器與電機(jī)軸和機(jī)架連接，通過(guò)檢測(cè)出力矩差來(lái)反饋給控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)進(jìn)行力矩反饋。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):本發(fā)明的小型轉(zhuǎn)矩傳感器由連接有輸入軸的盤(pán)形結(jié)構(gòu)、連接有輸出軸的彈性體及環(huán)形結(jié)構(gòu)、外部電路三部分組成。其中，彈性體是與連有輸入軸的環(huán)形法蘭一體式的，放大電路內(nèi)嵌在傳感器結(jié)構(gòu)中。
[0007]所述的傳感器根據(jù)外骨骼關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)，由于本發(fā)明傳感器只用于外骨骼關(guān)節(jié)處的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的檢測(cè)，因此為一維轉(zhuǎn)矩傳感器，由輸入輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生力矩，彈性體由內(nèi)外輪緣受到力矩差而產(chǎn)生變形，檢測(cè)出的應(yīng)變不用考慮由于多維而產(chǎn)生的維間耦合問(wèn)題，避免了測(cè)量精度的降低。整體結(jié)構(gòu)由兩部件組成，其中每個(gè)部件為連軸一體式結(jié)構(gòu)，兩部件連接位置、輸入輸出軸及連接過(guò)渡軸都處于同一軸心位置，在這平行階梯軸連接處采用螺釘固結(jié)。具體結(jié)構(gòu)連接方式為:部件I中彈性體一端與連接軸內(nèi)輪緣(8)固結(jié)，內(nèi)輪緣(8)與輸出軸固結(jié)，彈性體另一端與法蘭I輪緣(6)固結(jié)，法蘭I與法蘭2通過(guò)螺釘固結(jié)，法蘭2與輸入軸一體式結(jié)構(gòu)，整體節(jié)湊的連接形式就相當(dāng)于彈性體在存在連接空間的同時(shí)一端固結(jié)在輸入軸上，另一端固結(jié)在輸出軸上。傳感器在具有連接軸的同時(shí)仍能很好的進(jìn)行力矩的傳輸。
[0008]所述的部件I末端作為輸出軸(I)與外骨骼遙操作手關(guān)節(jié)處結(jié)構(gòu)連接，通過(guò)連接軸(3)傳遞轉(zhuǎn)矩，法蘭內(nèi)輪緣(8)固結(jié)連接軸，連接軸與內(nèi)輪緣之間軸徑存在一定差值，因此內(nèi)輪緣給出一個(gè)平臺(tái)支撐嵌入的電路板，同時(shí)法蘭外端面(19)與彈性體外端面(20)之間存在同軸度位置差，這樣就給電路板安裝提供了足夠的位置空間。由環(huán)形法蘭內(nèi)外輪緣之間的彈性體來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩差檢測(cè)，彈性體上的應(yīng)變片隨著彈性體應(yīng)變的產(chǎn)生而發(fā)生阻值的改變。應(yīng)變片采用4片，任意對(duì)稱(chēng)的兩個(gè)彈性梁上分別粘貼兩片，由應(yīng)變片上的引出線與外圍電源和導(dǎo)線連接，四個(gè)應(yīng)變片與外圍電源組成全橋電路，從而產(chǎn)生電壓信號(hào)。此外，環(huán)形法蘭外輪緣內(nèi)端面(17)與彈性體內(nèi)端面(18)平行面之間垂直距離為3mm左右，相當(dāng)于在彈性體內(nèi)端面一側(cè)有3mm長(zhǎng)的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，因此法蘭I在與部件2連接時(shí)由環(huán)狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行過(guò)渡，而不與彈性體直接接觸，這樣彈性梁在產(chǎn)生變形時(shí)就不會(huì)受到部件2結(jié)構(gòu)的干涉。環(huán)形法蘭(6)與盤(pán)形法蘭(11)之間采用螺釘(D4)連接，法蘭I上的螺紋孔采用貫穿的螺紋孔，避免了加工過(guò)程中孔中留有末屑，從而防止安裝時(shí)零件之間的摩擦所造成的磨損。
[0009]所述部件2中盤(pán)形法蘭末端軸作為輸入軸(9)與電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸連接，通過(guò)連接過(guò)渡軸將力矩傳遞到盤(pán)形法蘭(11)，該過(guò)渡軸提供足夠的空間避免外部機(jī)械結(jié)構(gòu)與法蘭盤(pán)的接觸。法蘭(11)為法蘭盤(pán)形式，既能很好的與部件I中環(huán)形法蘭進(jìn)行固結(jié)，又能提供強(qiáng)有力的結(jié)構(gòu)支撐，其內(nèi)側(cè)設(shè)計(jì)有軸套(13)式結(jié)構(gòu)，與環(huán)形法蘭(6)形成基孔制配合連接，提高整體結(jié)構(gòu)的安裝精度。盤(pán)形法蘭2內(nèi)端面(14)設(shè)計(jì)的凸出部分軸套筒結(jié)構(gòu)內(nèi)部中空，軸套筒內(nèi)端面與盤(pán)形法蘭外端面垂直距離2mm左右，比部件I中法蘭外輪緣內(nèi)端面(17)與彈性體內(nèi)端面(18)之間垂直距離差要小，因此兩部件固結(jié)在一起時(shí)軸套筒外端面與彈性體內(nèi)端面(18)不會(huì)接觸，這樣彈性體在受到力矩作用發(fā)生變形時(shí)不會(huì)受到部件2中法蘭盤(pán)的干涉。部件2在與部件I連接時(shí)，軸套筒在與環(huán)形法蘭的配合連接時(shí)也起到了很好的徑向定位作用。中空的軸套筒不僅支撐保護(hù)部件I中環(huán)形法蘭(6)結(jié)構(gòu)，同時(shí)降低了整體結(jié)構(gòu)質(zhì)量。
[0010]所述的放大電路板3為內(nèi)嵌入傳感器結(jié)構(gòu)的形式。本發(fā)明采用簡(jiǎn)約低功耗的放大電路設(shè)計(jì)來(lái)有效提升信噪比，該電路板中同時(shí)存在差分抗射頻干擾濾波器，盡可能多的消除輸入線路中的射頻能量。本發(fā)明中的電路板內(nèi)圓尺寸根據(jù)連接軸(3)尺寸設(shè)計(jì)，外圓根據(jù)盤(pán)形法蘭￠)的內(nèi)圓尺寸設(shè)計(jì)，電路板厚度根據(jù)彈性體外端面(20)與端面(19)之間留有的間隙大小來(lái)選取，因此整個(gè)放大電路板結(jié)構(gòu)剛好可以安裝在傳感器彈性體端面處。同時(shí)在電路板圓周處開(kāi)有四個(gè)環(huán)周對(duì)稱(chēng)的小孔，布線時(shí)在板上一對(duì)稱(chēng)的孔附近分別設(shè)有輸入端和輸出端的四排插針，方便輸入輸出信號(hào)線的連接，減短了應(yīng)變片引出線及其他連接線的長(zhǎng)度。在電路板信號(hào)輸入端設(shè)計(jì)有一個(gè)穩(wěn)壓電源調(diào)整器78L05，該穩(wěn)壓器放在輸入端可以調(diào)整輸入電壓，很好的保護(hù)了放大電路及后續(xù)信號(hào)采集模塊。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:(1)盤(pán)形法蘭連軸式結(jié)構(gòu)，可應(yīng)用成動(dòng)靜態(tài)轉(zhuǎn)矩傳感器，應(yīng)用范圍更廣。傳感器彈性體采用連軸式結(jié)構(gòu)連接四個(gè)對(duì)稱(chēng)式分布梁，能產(chǎn)生相對(duì)較大應(yīng)變，靈敏度更高，測(cè)量更精確。(2)傳感器中由兩部件采用螺釘固結(jié)，在很好的傳遞轉(zhuǎn)矩的過(guò)程中，留有避免機(jī)械結(jié)構(gòu)相互干涉的空間。連接軸套筒能起到徑向定位和支撐法蘭輪緣的作用，同時(shí)中空結(jié)構(gòu)形式降低了整體結(jié)構(gòu)質(zhì)量，更輕型化。(3)電路板采用內(nèi)嵌入傳感器結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)傳感器結(jié)構(gòu)尺寸，自行設(shè)計(jì)電路板形狀尺寸和線路分布，在信號(hào)傳輸過(guò)程中減短了連線的長(zhǎng)度，避免額外噪音，提高整體信噪比。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是轉(zhuǎn)矩傳感器整體結(jié)構(gòu)圖；
[0013]圖2是轉(zhuǎn)矩傳感器部件I結(jié)構(gòu)圖；
[0014]圖3是轉(zhuǎn)矩傳感器部件2結(jié)構(gòu)圖；
[0015]圖4是轉(zhuǎn)矩傳感器內(nèi)嵌式電路板(內(nèi)嵌式放大電路板結(jié)構(gòu)圖)。
[0016]附圖中符號(hào)說(shuō)明:圖1整體裝配圖:D1部件1，D2部件2，D3彈性體，D4螺釘。圖2部件1:(1)輸出軸，⑵鍵1，⑶連接傳遞軸，⑷梁:彈性變形體，(5)應(yīng)變片，(6)盤(pán)形法蘭1，(7)螺紋孔，(8)連接軸內(nèi)輪緣，(17)法蘭I內(nèi)端面，(18)彈性體內(nèi)端面，(19)法蘭I外端面，(20)彈性體外端面。圖3部件2: (9)輸入軸，(10)鍵2，(11)盤(pán)形法蘭2，(12)通孔，(13)定位軸套，(14)法蘭2內(nèi)端面，(15)軸套筒內(nèi)端面。

【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明:
[0018]本發(fā)明是一種小型轉(zhuǎn)矩傳感器，屬于一維力矩傳感器。圖1所示是該傳感器的整體結(jié)構(gòu)圖。本發(fā)明的傳感器主要由連軸式環(huán)形法蘭部件1、連軸式盤(pán)形法蘭部件2、放大電路板(圖4)、外圍信號(hào)處理系統(tǒng)4部分組成。其中，部件I與部件2是通過(guò)螺釘固結(jié)在一起的，在裝配時(shí)，盡量使輸入輸出軸上的鍵槽處于平行位置，方便與外部連接機(jī)構(gòu)進(jìn)行裝配。如讓輸入軸(9)與電機(jī)軸連接，輸出軸(I)與機(jī)架連接，啟動(dòng)時(shí)，由電機(jī)產(chǎn)生力矩，傳輸給輸入軸，由輸入軸通過(guò)連接軸、法蘭盤(pán)，彈性體傳送給輸出軸，進(jìn)而傳送給機(jī)架，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)輸出軸的力矩不足以驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)時(shí)，機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)時(shí)就會(huì)使輸出軸的力矩和輸入軸的力矩產(chǎn)生差值，此時(shí)的彈性體是位于輸入與輸出端的正中間位置。彈性體上的外輪緣與輸入軸連接，內(nèi)輪緣與輸出軸連接，彈性體由于內(nèi)外輪緣上的力矩不同而產(chǎn)生變形，粘貼在彈性體上的應(yīng)變片隨著變形發(fā)生阻值的變化。四個(gè)應(yīng)變片組成的全橋電路產(chǎn)生電壓信號(hào)，通過(guò)內(nèi)嵌的放大電路傳輸給外部信號(hào)處理系統(tǒng)，再由信號(hào)處理系統(tǒng)傳輸給外骨骼機(jī)構(gòu)的控制系統(tǒng)，進(jìn)而進(jìn)行力矩的控制，調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)矩的輸出，傳感器完成轉(zhuǎn)矩的反饋和調(diào)節(jié)。
[0019]圖2所示為本發(fā)明中整體結(jié)構(gòu)的部件1，包括與外部機(jī)構(gòu)相連的輸出軸(I)及用于固定連接的鍵(2),連接傳遞軸(3),彈性體梁(4),連接軸內(nèi)輪緣(8),法蘭出)。為了使彈性體梁在受力分析時(shí)更接近于在內(nèi)外輪緣的力矩差下發(fā)生變形，在設(shè)計(jì)部件1尺寸時(shí)，根據(jù)八吧巧軟件分析計(jì)算，在滿(mǎn)足彈性體變形強(qiáng)度范圍內(nèi)給出法蘭1外端面(19)與彈性體外端面(20)之間的距離、法蘭1內(nèi)端面(17)與彈性體內(nèi)端面(18)之間距離，從而在理論上保證彈性體與輸入輸出軸兩端距離相等，盡量減少傳遞扭矩的偏差。彈性體梁尺寸越小在受到力矩時(shí)，變形越大，產(chǎn)生的輸出信號(hào)越強(qiáng)，靈敏度就會(huì)越高。但材料的強(qiáng)度剛度有一定的承受范圍，這就需要再保證結(jié)構(gòu)的剛度強(qiáng)度不損壞的前提下，盡可能減小彈性體梁尺寸。彈性梁的兩端都設(shè)計(jì)有倒角，避免應(yīng)力集中的產(chǎn)生。采用模擬分析軟件，對(duì)彈性體梁進(jìn)行結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)分析和優(yōu)化，選用基體材料為鋁合金，考慮安全系數(shù)，施加最大轉(zhuǎn)矩，分析結(jié)果的應(yīng)力不能超過(guò)鋁合金的屈服極限。經(jīng)過(guò)分析計(jì)算最終選用彈性體為彎曲輪轂式結(jié)構(gòu)，彈性梁長(zhǎng)8皿，寬3皿，厚6皿。與彈性體固結(jié)的法蘭環(huán)直徑滿(mǎn)足能安裝進(jìn)螺釘就行，盡量使整體直徑較小。
[0020]圖3所示為本發(fā)明中整體結(jié)構(gòu)的部件2，包括與電機(jī)軸連接的輸入軸(9)，用于固定連接的鍵(10),連接法蘭1的盤(pán)形法蘭(11),定位軸套(13)。輸入軸(9)與電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸連接，通過(guò)連接過(guò)渡軸將力矩傳遞到盤(pán)形法蘭(11),過(guò)渡軸避免連接到輸入軸上的外部機(jī)械與法蘭盤(pán)的接觸。為了防止彈性體變形時(shí)受到干涉，盤(pán)形法蘭2內(nèi)端面(14)設(shè)計(jì)出設(shè)計(jì)的凸出部分軸套筒結(jié)構(gòu)內(nèi)部中空至盤(pán)形法蘭外端面同軸垂直距離左右，比部件1中法蘭外輪緣內(nèi)端面(17)與彈性體內(nèi)端面(18)之間垂直距離差3皿要小，軸套筒在與環(huán)形法蘭的配合連接時(shí)起到了很好的徑向定位作用。中空的軸套筒不僅支撐保護(hù)部件1重環(huán)形法蘭(6)結(jié)構(gòu)，同時(shí)降低了整體結(jié)構(gòu)質(zhì)量。整個(gè)盤(pán)形法蘭2的厚度根據(jù)所選螺釘長(zhǎng)度尺寸決定，連接部件1與部件2的螺釘選用13、長(zhǎng)度12皿內(nèi)六角螺釘，則盤(pán)形法蘭厚度取5皿，螺孔采用通孔。與輸入軸相連的連接軸能對(duì)部件2起到傳遞轉(zhuǎn)矩和緩沖壓力的作用。
[0021]圖4所示為本發(fā)明中內(nèi)嵌入傳感器結(jié)構(gòu)的電路板，為了將電路板嵌入傳感器結(jié)構(gòu)中，該電路板的結(jié)構(gòu)尺寸根據(jù)部件1的連接軸內(nèi)輪緣(8)和彈性體外輪緣尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)在該電路板上對(duì)稱(chēng)性地開(kāi)了 4個(gè)孔，方便應(yīng)變片連接線的引出。根據(jù)設(shè)計(jì)出的放大電路原理圖，對(duì)？(?板進(jìn)行布線，原理圖中設(shè)計(jì)有濾波器和放大芯片，可進(jìn)行信號(hào)的濾波和放大。由于電路板上的電阻陽(yáng)和冊(cè)有助于隔離儀表放大器輸入電路與外部信號(hào)源，因此該濾波器同時(shí)具有輸入過(guò)載保護(hù)功能。選用的儀表放大器八0620成本低,精度高,功耗低，適合在高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中使用。同時(shí)在輸入端了1處增加了一個(gè)(^178105三端穩(wěn)壓電源調(diào)整器，可以調(diào)整輸入電壓。由于應(yīng)變片粘貼及干擾的存在等問(wèn)題，很難保證在沒(méi)有扭轉(zhuǎn)載荷加載時(shí)電橋輸出為絕對(duì)07，因此在該板上設(shè)計(jì)有調(diào)零電路，由81，82，83，財(cái)組成。所測(cè)得電壓信號(hào)最終由輸出端了2中接口 2輸出。
[0022]根據(jù)上述特點(diǎn)可知，本發(fā)明的小型力轉(zhuǎn)矩傳感器體積更小，質(zhì)量更輕，符合小型化要求，結(jié)構(gòu)緊湊，靈敏度更高，精度更高，并且適合動(dòng)靜態(tài)條件下使用。
【權(quán)利要求】
1.轉(zhuǎn)矩傳感器，其包括兩個(gè)平行的軸向?qū)χ玫谋P(pán)形法蘭(6，11)，該法蘭為連軸式，包含有電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的輸入軸(9)和設(shè)于法蘭周?chē)倪B接外緣環(huán)，需要與外部機(jī)械器件固結(jié)的輸出軸(I)。通過(guò)螺釘(D4)將部件(I)、部件(2)固結(jié)在一起。部件I中環(huán)形法蘭(6)與彈性體(4)為一體式結(jié)構(gòu)，整個(gè)環(huán)形式法蘭外輪緣與部件2盤(pán)形法蘭連接，連接軸(3)作為過(guò)渡軸將盤(pán)形式法蘭內(nèi)輪緣(8)與輸入軸(9)固結(jié)，內(nèi)輪緣與外輪緣之間存在力矩差時(shí)，彈性體的四個(gè)梁將會(huì)產(chǎn)生形變，粘貼在彈性梁上的應(yīng)變片的阻值發(fā)生變化，電路將會(huì)產(chǎn)生電壓信號(hào)，放大電路板安裝在彈性體外端面(20)處，內(nèi)嵌在整個(gè)傳感器內(nèi)部。
2.根據(jù)權(quán)利I要求的轉(zhuǎn)矩傳感器，其特征在于，兩端輸入輸出軸直接分別與電機(jī)和機(jī)架連接，進(jìn)行動(dòng)靜態(tài)力矩的傳遞，適用于兩種運(yùn)動(dòng)形式下的機(jī)械機(jī)構(gòu)傳動(dòng)。部件I中的輸出軸(I)根據(jù)機(jī)架接口結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)進(jìn)行連接；軸(3)作為連接過(guò)渡軸與彈性體內(nèi)輪緣固結(jié)且有自身的長(zhǎng)度，留出過(guò)渡空間，讓彈性體和電路板避免受到機(jī)架結(jié)構(gòu)的干擾。此外，彈性體外端面(20)與法蘭外端面(19)兩平行面軸向存在位置差，該位置差根據(jù)電路板厚度設(shè)定，給電路板留出安裝空間。
3.根據(jù)權(quán)利I要求的轉(zhuǎn)矩傳感器，其特征在于，整體結(jié)構(gòu)由兩部件組成，但兩部件連接位置、輸入輸出軸及連接過(guò)渡軸都處于同一軸心位置，在這平行階梯軸中只有一處螺釘固結(jié)位置，其余全部為連軸一體式結(jié)構(gòu)。部件I中彈性體一端與連接軸內(nèi)輪緣(8)固結(jié)，內(nèi)輪緣(8)與輸出軸固結(jié)，彈性體另一端與法蘭I輪緣(6)固結(jié)，法蘭I與法蘭2通過(guò)螺釘固結(jié)，法蘭2與輸入軸一體式結(jié)構(gòu)，整體節(jié)湊的連接形式就相當(dāng)于彈性體在存在連接空間的同時(shí)一端固結(jié)在輸入軸上，另一端固結(jié)在輸出軸上。
4.根據(jù)權(quán)利I要求的轉(zhuǎn)矩傳感器，其特征在于，與部件2連接的法蘭I內(nèi)端面(17)與彈性體(4)的內(nèi)端面(18)不重合，二者之間存在一定同一軸度位置差。部件2中法蘭盤(pán)內(nèi)端面(14)處設(shè)計(jì)的凸出部分軸套筒結(jié)構(gòu)內(nèi)部中空至盤(pán)形法蘭外端面同軸垂直距離2mm左右，降低整體結(jié)構(gòu)質(zhì)量。軸套筒(13)外部結(jié)構(gòu)支撐和連接彈性體外輪緣，其內(nèi)端面(15)與彈性體內(nèi)端面(18)之間同一軸度平行面之間的存在垂直距離，彈性體在與部件2的法蘭端面固結(jié)時(shí)不會(huì)產(chǎn)生面接觸，在產(chǎn)生變形彈性體不會(huì)受部件2干擾。
5.根據(jù)權(quán)利I要求的轉(zhuǎn)矩傳感器，其特征在于，放大電路板的結(jié)構(gòu)和電路布線設(shè)計(jì)，把電路板安裝在彈性體結(jié)構(gòu)附近。電路板內(nèi)圓尺寸根據(jù)連接軸(3)尺寸一致，外圓根據(jù)盤(pán)形法蘭1(6)的內(nèi)圓尺寸設(shè)計(jì)，電路板厚度根據(jù)彈性體外端面(20)與端面(19)之間留有的間隙大小來(lái)選取，在電路板圓周處開(kāi)有四個(gè)環(huán)周對(duì)稱(chēng)的小孔。電路板在布線時(shí)在板上一對(duì)稱(chēng)的孔附近分別設(shè)有輸入端和輸出端的四排插針，方便輸入輸出信號(hào)線的連接。在電路板信號(hào)輸入端設(shè)計(jì)有一個(gè)穩(wěn)壓電源調(diào)整器，該穩(wěn)壓器放在輸入端可以調(diào)整輸入電壓。整個(gè)內(nèi)嵌式放大電路板固定在彈性體外端面處。
【文檔編號(hào)】G01L3/10GK104316241SQ201410659924
【公開(kāi)日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月18日
【發(fā)明者】宋荊洲, 邱江虹, 孫漢旭, 賈慶軒 申請(qǐng)人:北京郵電大學(xué)