具有力矩感知功能的諧波減速器的制造方法
【專利摘要】本發明涉及機器人傳動領域，提供一種具有力矩感知功能的諧波減速器，柔輪的底部對稱設置有四個檢測部，四個檢測部上設置四個應變片；動導電環固定在輸出軸上，靜導電環固定在第一殼體上，動導電環、靜導電環分別設置有四個動觸點、四個靜觸點，四個動觸點在輸出軸的帶動下與四個靜觸點電接觸，應變片電橋的四個引線分別與四個動觸點電連接；四個靜觸點與電路板電連接，電路板用于提供電源以及對全橋信號采集處理。本方案的諧波減速器結構簡單、體積小、重量輕。
【專利說明】具有力矩感知功能的諧波減速器 【【技術領域】】
[0001]本發明涉及機器人傳動領域，尤其涉及一種具有力矩感知功能的諧波減速器。【【背景技術】】
[0002]諧波減速器，由于具有體積小、質量輕、減速比大、回差小、結構簡單等顯著特點，廣泛應用于機器人、自動化設備、機床、醫療器械等領域，尤其是用于構成機器人旋轉關節。
[0003]通常情況下，諧波減速器僅具有減速功能，而不具備力矩檢測功能。在一些特殊領域，比如，柔性機器人旋轉關節、人類友好型機器人，需要實現力矩控制。
[0004]在需要力矩控制的場合往往需要再額外增加力矩傳感器，這樣就會增加零部件數量，從而增加設備的體積、重量，并且增加了結構的復雜程度，給加工、裝配、后期維護等工作帶來困難。
【
【發明內容】
】
[0005]本發明要解決的技術問題在于克服現有技術的不足，提供一種具有力矩感知功能，并且具有零件數量少、體積小、重量輕、結構簡單的諧波減速器。
[0006]本發明的目的通過以下技術方案實現:一種具有力矩感知功能的諧波減速器，包括:輸入軸、波發生器、輸出軸、柔輪、剛輪、第一端蓋、第二端蓋、第一殼體、第二殼體、第一軸承組件、第二軸承組件、動導電環、靜導電環、電路板；所述第一殼體與第二殼體相連接形成一空腔，所述第一端蓋、第二端蓋設置在所述空腔的兩端用以形成一密閉腔體，所述輸入軸、波發生器、輸出軸、柔輪、剛輪、第一軸承組件、第二軸承組件、動導電環、靜導電環設置在所述密閉腔體內；所述輸入軸經由所述第一軸承組件支撐設置在所述第一殼體內，所述輸出軸經由第二軸承組件支撐設置在所述第二殼體內，所述剛輪固定在所述第一殼體和第二殼體上；所述輸入軸上套設有所述波發生器，所述波發生器的外壁與所述柔輪的內壁相抵接，所述柔輪的外壁與所述剛輪的內壁相嚙合、所述柔輪的底部套設在所述輸出軸上；所述柔輪的底部均勻設置有四個檢測部，所述四個檢測部上設置四個應變片，所述四個檢測部與所述四個應變片為一一對應關系，所述四個應變片構成應變片電橋，所述應變電橋為全橋結構；所述動導電環固定在所述輸出軸上，所述靜導電環固定在所述第一殼體上，所述動導電環、靜導電環分別設置有四個動觸點、四個靜觸點，所述四個動觸點在所述輸出軸的帶動下與所述四個靜觸點電接觸，所述應變片電橋的四個引線分別與所述四個動觸點電連接；所述四個靜觸點與所述電路板電連接，所述電路板用于提供電源以及對全橋信號采集處理。
[0007]進一步地，所述檢測部的表面經拋光處理。
[0008]進一步地，所述應變片設置在所述檢測部的中部，且所述檢測部位于應變片的兩側設置有通孔。
[0009]進一步地，所述動導電環均勻設置四個孔，所述全橋結構由四根導線分別經所述孔與四個動觸點電連接。[0010]進一步地，所述電路板嵌設在所述靜導電環上。
[0011]本發明相對于現有技術具有如下的優點及效果:上述諧波減速器的柔輪底部設置四個檢測部，在每個檢測部上面設置應變片，應變片通過動、靜導電環連接到電路板，電路板提供電源并進行信號處理之后將力矩信號輸出，本方案的諧波減速器零件數量少、結構簡單、體積小、重量輕。
【【專利附圖】
【附圖說明】】
[0012]圖1為本發明實施例諧波減速器的半剖視圖。
[0013]圖2為本發明實施例諧波減速器的柔輪立體圖。
[0014]圖3為本發明實施例諧波減速器的柔輪底部應變片連接示意圖。
[0015]圖4為本發明實施例諧波減速器的動導電環立體圖。
[0016]圖5為本發明實施例諧波減速器的動導電環觸點示意圖。
[0017]圖6為本發明實施例諧波減速器的靜導電環立體圖。
[0018]圖7為本發明實施例諧波減速器的靜導電環觸點示意圖。
[0019]圖8為本發明實施例諧波減速器的觸點連接示意圖。
[0020]圖9為本發明實施例諧波減速器的全橋結構原理圖。
[0021]附圖標號說明:
[0022]輸出軸I第二端蓋2
[0023]螺釘3密封圈4
[0024]第二殼體5軸承6
[0025]套筒7電纜插座8
[0026]靜導電環9動導電環10
[0027]螺釘11柔輪12
[0028]螺釘13第一殼體14
[0029]軸承15套筒16
[0030]軸承17輸入軸18
[0031]密封圈19第一端蓋20
[0032]螺釘21緊定螺釘22
[0033]剛輪23銷子24
[0034]波發生器25墊圈26
[0035]卡圈27軸承28
【【具體實施方式】】
[0036]下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步詳細說明。
[0037]如圖1、圖7所示，本實施例提供一種具有力矩感知功能的諧波減速器，包括:輸入軸18、波發生器25、輸出軸1、柔輪12、剛輪23、第一端蓋20、第二端蓋2、第一殼體14、第二殼體5、第一軸承組件、第二軸承組件、動導電環10、靜導電環9、電路板96。
[0038]其中，第一殼體14與第二殼體5相連接形成一空腔；第一端蓋20、第二端蓋2設置在空腔的兩端，亦即第一端蓋20設置在第一殼體14端部、第二端蓋2設置在第二殼體5端部，用以形成一密閉腔體；上述輸入軸18、波發生器25、輸出軸1、柔輪12、剛輪23、第一軸承組件、第二軸承組件、動導電環10、靜導電環9設置在密閉腔體內。
[0039]輸入軸18套設在第一軸承組件內，且經由第一軸承組件支撐設置在第一殼體14內；輸出軸I套設在第二軸承組件內，且經由第二軸承組件支撐設置在第二殼體5內；剛輪23固定在第一殼體14和第二殼體5連接處。
[0040]輸入軸18在密閉腔體內的一端套設有波發生器25，波發生器25的外壁與柔輪12的內壁相抵接，柔輪12的外壁與剛輪23的內壁相嚙合、柔輪12的底部套設在輸出軸I于密閉腔體內的一端；柔輪12呈筒狀。
[0041]如圖2、圖3所示，柔輪12的底部均勻設置有四個檢測部(121、122、123、124)，四個檢測部(121、122、123、124)上設置四個應變片(1212、1222、1232、1242)，四個檢測部(121、122、123、124)與四個應變片(1212、1222、1232、1242)為——對應關系，四個應變片(1212、1222、1232、1242)構成，應變片電橋，上述應變電橋為全橋結構；
[0042]如圖1、圖5、圖7、圖8所示，動導電環10固定在輸出軸I上，靜導電環9固定在第一殼體14上，動導電環10、靜導電環9分別設置有四個動觸點(105、106、107、108)、四個靜觸點(92、93、94、95)，四個動觸點(105、106、107、108)在輸出軸I的帶動下與四個靜觸點(92、93、94、95)電接觸，應變片電橋的四個引線分別與四個動觸點(105、106、107、108)電連接；四個靜觸點(92、93、94、95)與電路板96電連接，電路板96用于提供電源以及對全橋信號采集處理。
[0043]本實施例諧波減速器的柔輪底部設置四個檢測部，在每個檢測部上面設置應變片，應變片通過動、靜導電環連接到電路板，電路板提供電源并進行信號處理之后將力矩信號輸出，本方案的諧波減速器結構簡單、體積小、重量輕。
[0044]優選地，第一軸承組件、第二軸承組件包括一個軸承或多個軸承，當采用一個軸承，軸承長度盡可能設置為接近輸入軸18與第一殼體4內的長度；當采用多個軸承，多個軸承長度總和設置為接近輸入軸18與第一殼體4內的長度，且多個軸承的設置更便于支撐輸入軸18。
[0045]同時，為了多個軸承定位準確，在多個軸承之間設置套筒，如圖1所示，采用兩個軸承(15、17)支撐輸入軸18，在兩個軸承(15、17)之間設置一套筒16 ;采用兩個軸承(6、28)支撐輸出軸1，在兩個軸承(6、28)之間設置一套筒7。
[0046]第一端蓋20通過3顆(亦可以米用4顆、5顆、6顆。。。)螺釘21固定在第一殼體14上，且第一端蓋20與第一殼體14之間設置有密封圈19，以實現密封功能；第二端蓋2通過8顆螺釘3固定在第二殼體5上，且第二端蓋2與第二殼體5之間設置有密封圈4，同理實現密封功能。
[0047]波發生器25通過緊定螺釘22固定在輸入軸18上實現軸向和軸向定位，剛輪23通過8顆螺釘13固定在第一殼體14、第二殼體5上，且為保證剛輪23、第一殼體14、第二殼體5轉配準確定位，采用三顆銷子24實現。
[0048]柔輪12通過墊圈26和6顆螺釘11與輸出軸I相連接。
[0049]優選地，如圖2所示，檢測部(121、122、123、124)的表面經拋光處理，用以提高表
面質量，提聞力矩檢測精度。
[0050]如圖3所示，四個應變片(1212、1222、1232、1242)分別設置在對應檢測部(121、122、123、124)的中部，上述設置方式可以為粘貼，且檢測部(121、122、123、124)位于應變片(1212、1222、1232、1242)的兩側設置有通孔(1211、1213、1221、1223、1231、1233、1241、1243)，以通過應力集中效應提高力矩檢測的靈敏性。
[0051]如圖3、圖9所示，四個應變片(1212、1222、1232、1242)構成全橋結構，應變片1212由Rl表示，應變片1222由R2表示，應變片1232由R3表示，應變片1242由R4表示，Vin表示電源，Vout表示電橋輸出。
[0052]如圖1所示，動導電環10通過過盈連接固定在輸出軸I上，并與柔輪12、輸出軸I一同旋轉；靜導電環9通過卡圈27固定在第二殼體5上。
[0053]如圖4、圖5所示，動導電環10均勻設置四個孔(101、102、103、104)，應變片電橋的四個引線分別經四個孔(101、102、103、104)與四個動觸點(105、106、107、108)——對應
電連接，連接方式采用焊接。
[0054]如圖7、圖8所示,動觸點105與靜觸點92相互接觸實現電連接；動觸點106與靜觸點93相互接觸實現電連接；動觸點107與靜觸點94相互接觸實現電連接；動觸點108與靜觸點95相互接觸實現電連接；電路板96嵌設在靜導電環9上，具體設置于靜導電環9的背面(非觸點面)。
[0055]如圖6、圖7和圖8所示，四個動觸點(105、106、107、108)與四個靜觸點(92、93、94、95)接觸將應變片電橋與電路板96連接，電路板96實現對應變片電橋輸出提供Vin供電電壓，應變片電橋輸出信號Vout經過放大、濾波之后，由電纜91輸出，電路板96的電源也由電纜91提供，電纜91連接到電纜插座8上。
[0056]本實施例諧波減速器運動機理為:輸出軸18在第一軸承組件支撐下在第一殼體14內帶動波發生器25 —同轉動，柔輪12在波發生器25擠壓及與其嚙合的剛輪23作用下減速轉動，進而帶動與其相連的輸出軸I在第二軸承組件支撐下在第二殼體5內轉動，同時在轉動過程中，四個應變片(1212、1222、1232、1242)感知力矩變化，并由四個動觸點(105、106、107、108)與四個靜觸點(92、93、94、95)與電路板96電連接，對信號進行處理。
[0057]上述諧波減速器的柔輪底部設置四個檢測部，在每個檢測部上面設置應變片，應變片通過動、靜導電環連接到電路板，電路板提供電源并進行信號處理之后將力矩信號輸出，同時本實施例的諧波減速器相對于現有技術而言，未采用額外設備，僅在柔輪的底部設置應變片并采用動、靜觸點相連接，結構簡單、體積小、重量輕。
[0058]以上本發明的【具體實施方式】，并不構成對本發明保護范圍的限定。任何根據本發明的技術構思所作出的各種其他相應的改變與變形，均應包含在本發明權利要求的保護范圍內。
【權利要求】
1.一種具有力矩感知功能的諧波減速器，其特征在于，包括:輸入軸、波發生器、輸出軸、柔輪、剛輪、第一端蓋、第二端蓋、第一殼體、第二殼體、第一軸承組件、第二軸承組件、動導電環、靜導電環、電路板； 所述第一殼體與第二殼體相連接形成一空腔，所述第一端蓋、第二端蓋設置在所述空腔的兩端用以形成一密閉腔體，所述輸入軸、波發生器、輸出軸、柔輪、剛輪、第一軸承組件、第二軸承組件、動導電環、靜導電環設置在所述密閉腔體內； 所述輸入軸經由所述第一軸承組件支撐設置在所述第一殼體內，所述輸出軸經由第二軸承組件支撐設置在所述第二殼體內，所述剛輪固定在所述第一殼體和第二殼體上； 所述輸入軸上套設有所述波發生器，所述波發生器的外壁與所述柔輪的內壁相抵接，所述柔輪的外壁與所述剛輪的內壁相嚙合、所述柔輪的底部套設在所述輸出軸上； 所述柔輪的底部均勻設置有四個檢測部，所述四個檢測部上設置四個應變片，所述四個檢測部與所述四個應變片為一一對應關系，所述四個應變片構成應變片電橋，所述應變電橋為全橋結構； 所述動導電環固定在所述輸出軸上，所述靜導電環固定在所述第一殼體上，所述動導電環、靜導電環分別設置有四個動觸點、四個靜觸點，所述四個動觸點在所述輸出軸的帶動下與所述四個靜觸點電接觸，所述應變片電橋的四個引線分別與所述四個動觸點電連接；所述四個靜觸點與所述電路板電連接，所述電路板用于提供電源以及對全橋信號采集處理。
2.根據權利要求1所述的具有力矩感知功能的諧波減速器，其特征在于，所述檢測部的表面經拋光處理。
3.根據權利要求1所述的具有力矩感知功能的諧波減速器，其特征在于，所述應變片設置在所述檢測部的中部，且所述檢測部位于應變片的兩側設置有通孔。
4.根據權利要求1所述的具有力矩感知功能的諧波減速器，其特征在于，所述動導電環均勻設置四個孔，所述全橋結構由四根導線分別經所述孔與四個動觸點電連接。
5.根據權利要求1所述的具有力矩感知功能的諧波減速器，其特征在于，所述電路板嵌設在所述靜導電環上。
【文檔編號】G01L5/00GK103486225SQ201310441823
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月25日 優先權日:2013年9月25日
【發明者】李生廣, 熊璟, 李志成, 謝耀欽, 劉勇, 孟書先, 陳鳴閩, 王麗艷, 陳墾 申請人:深圳先進技術研究院