一种机器人扭转关节的制作方法

1.本实用新型涉及自动机器人技术领域，特别涉及一种用于轻负载、小型工件上下料的一种机器人扭转关节。


背景技术：

2.针对原有大多数企业生产中各个工序之间的工件装运、装卸采用人工操作存在的劳动强度大、生产效率低、产品质量不稳定等问题，现有的企业会引进机器人来辅助自动化生产。机器人的关节是利用电机加减速机来实现单自由度的摆动或旋转，其工作应用场景是高速低扭场景，由于机器人对于控制上的精度要求比较高，需要通过技术手段来确保其控制精度。
3.现有的机器人关节中，采用电机传感、伺服电机反馈的方式来进行控制，但是发明人在实现本实用新型的过程中，发现机器人关节的扭矩反馈至少存在以下技术问题：
4.1、现有的电机传感不灵敏，采用伺服电机反馈的方式不精准、不及时，比如设定扭矩为10n时，有可能电机通过减速机输出的扭矩到12n了，延迟后伺服电机才停止工作，使得机器人关节的控制精度降低，安全效果不理想；
5.2、使用常规的扭矩传感器，其中所用到的扭矩应变片强度低、容易损坏，在机器人关节输出的扭矩超出扭矩应变片的载荷时，扭矩应变片会发生不可逆的损坏。
6.有鉴于此，如何解决现在机器人关节存在的扭矩反馈不灵敏、不及时以及扭矩应变片强度低、容易损坏等问题，便成为本实用新型所要研究解决的课题。


技术实现要素：

7.本实用新型提供一种机器人扭转关节，其目的是要解决现在机器人关节存在的扭矩反馈不灵敏、不及时以及扭矩应变片强度低、容易损坏等问题，以提供控制精度高、灵敏、安全的机器人关节。
8.为达到上述目的，本实用新型提出了一种机器人扭转关节，该扭转关节包括壳体、安装在所述壳体内的减速机以及与所述减速机的驱动轴连接的输出法兰，减速机通过驱动轴驱动输出法兰转动，其创新点在于，所述减速机和输出法兰之间设置有扭矩传感器，扭矩传感器包括弹性应变片，弹性应变片具有：
9.一内圈安装部，内圈安装部位于弹性应变片的正投影几何中心处，内圈安装部的中心具有供减速机的驱动轴穿出的内圈安装孔；
10.多个外圈安装部，多个外圈安装部围绕内圈安装部的周向外围位置环形阵列均匀排布；在内圈安装部和外圈安装部的两者中，其中一者与减速机相固定，另一者与输出法兰相固定；
11.多个形变部，对应各所述外圈安装部，各形变部从内圈安装部处向外围延伸至外圈安装部，该形变部沿其长度延伸方向上的宽度一致；在驱动轴的转动方向上相邻的两个外圈安装部和形变部中，位于后方的外圈安装部上在朝向驱动轴转动方向的位置处设置有
第一抵靠面，针对第一抵靠面，位于前方的形变部在背向驱动轴转动方向的位置处设置有第二抵靠面，相邻的第一抵靠面和第二抵靠面之间具有一过载间隙，在瞬间过载超出载荷的状态下形变部发生形变构成所述第二抵靠面与第一抵靠面相抵；
12.第一过渡部，第一过渡部位于内圈安装部和形变部的过渡连接处，第一过渡部的宽度从形变部到内圈安装部逐渐增大；
13.第二过渡部，第二过渡部位于形变部和外圈安装部的过渡连接处，第二过渡部的宽度从形变部到外圈安装部逐渐增大。
14.本实用新型的有关内容解释如下：
15.1.本实用新型的上述技术方案中，针对机器人扭转关节在减速机和输出法兰之间设置了弹性应变片，通过该弹性应变片特殊的结构设计，可以使该弹性应变片具有较大的刚性，因此机器人关节可以被用来产生由扭矩传感器测量的大的力/力矩，并且本身刚性较强可以吸收一定的冲击载荷，对减速机施加的力精确测量，扭矩传感器检测到的误差微小，其精度准、效率高；所述弹性应变片在不同扭矩载荷下的不同状态具备一定的载荷能力，一定的扭矩下可由弹性载荷转变为非弹性载荷，在瞬间过载超出载荷的状态下形变部发生形变构成所述第二抵靠面与第一抵靠面相抵即转变为非弹性载荷，大大增加了载荷能力，脱离载荷环境后可恢复为原弹性状态。
16.2. 在上述技术方案中，为了方便外圈安装部的安装固定，所述外圈安装部上设置有多个第一固定孔，多个第一固定孔绕外圈安装部均匀分布。
17.3. 在上述技术方案中，为了方便内圈安装部的安装固定，所述内圈安装部在其朝向减速机的轴向位置处设置有一固定环，在固定环上设置有第二固定孔。
18.4. 在上述技术方案中，为了使弹性应变片的形状结构设计更合理、生产安装更方便，所述外圈安装部和形变部的数量各自为三个，外圈安装部和形变部的位置数量为三等分设置，三个外圈安装部和形变部对称设置在内圈安装部的外围。
19.5. 在上述技术方案中，为了增大弹性应变片的弹性变形量，增加其扭矩量程，所述过载间隙的间距大于或等于1.3m。
20.6. 在上述技术方案中，为了使弹性应变片的形状结构设计更合理、增加载荷，所述形变部沿其朝向外圈安装部的长度延伸方向依次设有一曲段和一直段，所述第二抵靠面位于曲段的外缘，所述直段外缘的直线延伸线与曲段的外缘相切，曲段的外缘到曲段几何中心的距离相等。曲段的内缘到曲段几何中心的距离相等。
21.7.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
22.8.在本实用新型中，术语“中心”、“上”、“下”、“轴向”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置装配关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
23.9. 此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等仅用于描述目的，而不能理解为
指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”、“第四”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
24.由于上述方案的运用，本实用新型与现有技术相比具有以下优点和效果：
25.1. 本实用新型的上述方案，针对机器人扭转关节在减速机和输出法兰之间设置了弹性应变片，通过该弹性应变片特殊的结构设计，可以使该弹性应变片具有较大的刚性，因此机器人关节可以被用来产生由扭矩传感器测量的大的力/力矩，并且本身刚性较强可以吸收一定的冲击载荷，对减速机施加的力精确测量，扭矩传感器检测到的误差微小，其精度准、效率高；
26.2. 本实用新型的上述方案，所述弹性应变片在不同扭矩载荷下的不同状态具备一定的载荷能力，一定的扭矩下可由弹性载荷转变为非弹性载荷，在瞬间过载超出载荷的状态下形变部发生形变构成所述第二抵靠面与第一抵靠面相抵即转变为非弹性载荷，大大增加了载荷能力，脱离载荷环境后可恢复为原弹性状态，避免弹性应变片在超出最大过载后发生损坏。
附图说明
27.附图1为本实用新型实施例一种机器人扭转关节的整体结构示意图；
28.附图2为本实用新型实施例一种机器人扭转关节中弹性应变片的正投影示意图；
29.附图3为本实用新型实施例一种机器人扭转关节中弹性应变片的侧面视图。
30.以上附图各部位表示如下：
31.1、壳体；2、减速机；21、驱动轴；3、输出法兰；
32.4、弹性应变片；
33.41、内圈安装部；411、内圈安装孔；412、固定环；413、第二固定孔；
34.42、外圈安装部；421、第一抵靠面；422、第一固定孔；
35.43、形变部；431、曲段；4311、第二抵靠面；432、直段；
36.44、第一过渡部；
37.45、第二过渡部；
38.46、过载间隙。
具体实施方式
39.为使本技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本技术。但是本技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本技术内涵的情况下做类似改进，因此本技术不受下面公开的具体实施例的限制。
40.实施例一
41.如附图1至附图3所示，本实用新型实施例一一种机器人扭转关节，该扭转关节包括壳体1、安装在所述壳体1内的减速机2以及与所述减速机2的驱动轴21连接的输出法兰3，减速机2通过驱动轴21驱动输出法兰3转动，所述减速机2和输出法兰3之间设置有扭矩传感器，扭矩传感器包括弹性应变片4，弹性应变片4具有：
42.一内圈安装部41，内圈安装部41位于弹性应变片4的正投影几何中心处，内圈安装部41的中心具有供减速机2的驱动轴21穿出的内圈安装孔411；
43.三个外圈安装部42，三个外圈安装部42围绕内圈安装部41的周向外围位置环形阵列均匀排布；在内圈安装部41和外圈安装部42的两者中，其中一者与减速机2相固定，另一者与输出法兰3相固定；
44.三个形变部43，对应各所述外圈安装部42，各形变部43从内圈安装部41处向外围延伸至外圈安装部42，该形变部43沿其长度延伸方向上的宽度一致，此处的宽度是指形变部43在正投影视角下沿其长度延伸方向上的宽度距离，本文中其他地方所描述的宽度也均是正投影视角下的宽度距离；在驱动轴21的转动方向上相邻的两个外圈安装部42和形变部43中，位于后方的外圈安装部42上在朝向驱动轴21转动方向的位置处设置有第一抵靠面421，针对第一抵靠面421，位于前方的形变部43在背向驱动轴21转动方向的位置处设置有第二抵靠面4311，相邻的第一抵靠面421和第二抵靠面4311之间具有一过载间隙46，在瞬间过载超出载荷的状态下形变部43发生形变构成所述第二抵靠面4311与第一抵靠面421相抵；每个外圈安装部42上的第一抵靠面421均有与之对应的第二抵靠面4311
45.第一过渡部44，第一过渡部44位于内圈安装部41和形变部43的过渡连接处，第一过渡部44的宽度从形变部43到内圈安装部41逐渐增大；
46.第二过渡部45，第二过渡部45位于形变部43和外圈安装部42的过渡连接处，第二过渡部45的宽度从形变部43到外圈安装部42逐渐增大。
47.在实施例一中，为了方便外圈安装部42的安装固定，所述外圈安装部42上设置有多个第一固定孔422，多个第一固定孔422绕外圈安装部42均匀分布；为了方便内圈安装部41的安装固定，所述内圈安装部41在其朝向减速机2的轴向位置处设置有一固定环412，在固定环412上设置有第二固定孔413。
48.在实施例一中，为了增大弹性应变片4的弹性变形量，增加其扭矩量程，所述过载间隙46的间距大于或等于1.3m。
49.在实施例一中，为了使弹性应变片4的形状结构设计更合理、增加载荷，所述形变部43沿其朝向外圈安装部42的长度延伸方向依次设有一曲段431和一直段432，所述第二抵靠面4311位于曲段431的外缘，所述直段432外缘的直线延伸线于曲段431的外缘相切，曲段431的外缘到曲段431几何中心的距离相等。曲段431的内缘到曲段431几何中心的距离相等。
50.采用如实施例一所述的一种机器人扭转关节，经实验验证可获得的弹性应变片4的弹性变形量可承受径向45nm、轴向125nm，其瞬间最大过载不超过200%。
51.实施例二
52.对比实施例一，实施例二的区别是，所述外圈安装部42和形变部43的数量各自为四个，四个外圈安装部42和形变部43对称设置在内圈安装部41的外围，其他相同的部件参考实施例一，在此不再展开一一描述。
53.实施例三
54.对比实施例一和实施例二，实施例三的区别是，所述外圈安装部42和形变部43的数量各自为两个，两个外圈安装部42和形变部43对称设置在内圈安装部41的外围，其他相同的部件参考实施例一，在此不再展开一一描述。
55.通过上述各实施例的实施，本实用新型针对机器人扭转关节在减速机2和输出法兰3之间设置了弹性应变片4，通过该弹性应变片4特殊的结构设计，可以使该弹性应变片4具有较大的刚性，因此机器人关节可以被用来产生由扭矩传感器测量的大的力/力矩，并且本身刚性较强可以吸收一定的冲击载荷，对减速机2施加的力精确测量，扭矩传感器检测到的误差微小，其精度准、效率高；所述弹性应变片4在不同扭矩载荷下的不同状态具备一定的载荷能力，一定的扭矩下可由弹性载荷转变为非弹性载荷，在瞬间过载超出载荷的状态下形变部43发生形变构成所述第二抵靠面4311与第一抵靠面421相抵即转变为非弹性载荷，大大增加了载荷能力，脱离载荷环境后可恢复为原弹性状态。
56.上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。