[实用新型]扭矩传感器装置、机器人的机械手和机器人

说明书

本实用新型涉及扭矩传感器装置、机器人的机械手和机器人。所述扭矩传感器装置具有测量凸缘(1)，所述测量凸缘(1)被设计成与用于检测发生在可移动部件上的扭矩的所述部件协作并且具有凸缘外环(3)和凸缘内环(4)，所述凸缘外环(3)和所述凸缘外环(4)由设计成在扭矩的影响下变形的至少两个测量辐条(7)连接，所述测量辐条(7)被设计成使得它们可以与沿径向方向作用于所述测量辐条(7)的力解耦。此外，所述机械手在其关节之一中具有实施这样的扭矩传感器装置的至少一个驱动单元。

技术领域

本实用新型涉及一种扭矩传感器装置，用于借助这样的扭矩传感器装置来检测扭矩，特别是检测发生在机器人机械手的关节处或关节中的扭矩。

背景技术

特别是轻型构造的机器人具有由经由关节连接的多个臂构件或连杆组成的铰接臂或机械手，铰接件借助对应的驱动单元致动，以便选择性地使臂构件相对于机械手的邻接所述臂构件的臂构件转动。这些机器人的重要部件是用于检测因连杆本身的运动或者从外部作用的力引起的扭矩的扭矩传感器。在大多数情况下，这些扭矩传感器安装在机器人的所有可移动连杆之中或之上，这允许柔顺地控制机械手。

现有技术已知用于检测扭矩的各种系统。通用的方法是使用应变计(DMS)作为传感器元件，它们甚至借由部件的小变形来改变它们的电阻。通常，桥接电路(所谓的惠斯通测量电桥)用于这种评价，其中能够对温度影响进行补偿，这就是为何利用应变计的测量方法特别适用于这种精确测量的原因。例如，WO2009/083111A2描述了具有应变计作为传感器元件的扭矩传感器装置，这些应变计连接至惠斯通电桥用于评价，其中两个应变计的电阻器分别布置在被连接至可动构件的部件的不同位置处，且分别连接至半桥，其中两个半桥均形成桥接电路。另外的桥接电路通过布置在部件的另两个不同地点处的另两个应变计的电阻器而形成。由此，然后将扭矩值输出并彼此比较。

而且，已知使用测量凸缘或者与可移动部件相互作用的类似装置来检测发生在该部件处或该部件中的扭矩。例如，这样的测量凸缘可以用驱动单元的关节连接到铰接臂机器人或者整合到铰接臂机器人中。

例如，从EP 0 575 634 B1或DE 36 05 964 A1已知具有测量凸缘的扭矩传感器装置。

原则上，现有技术的用于扭矩检测的上述系统和方法的缺点是，应变计的变形可以导致独立于待检测的扭矩的各种信号，所述信号作为测量误差输入到信号评估中 (虽然实际上没有误差)，所述变形可能例如由于作用于测量凸缘上的横向力、轴向力和弯矩因应变计压缩而引起。为了防止这样的测量不准确和信号评估偏差，DE 10 2014 210 379 A1提出了例如一种具有测量凸缘的扭矩传感器装置，其具有四个均匀分布的测量辐条，其中两个应变计布置在测量辐条的两个相互对置两侧且沿测量凸缘的旋转方向可见。应变计均被切换或连接在至少两个桥接电路中。

然而，这样的扭矩传感器装置由于应变计的数目而需要复杂的评估电子装置，并且也不适用于某些径向力可能由于机器人设计而作用其中的铰接臂机器人中的驱动单元。

例如，德国专利申请号10 2015 012 960.0描述了一种机械手，其中铰接臂由在组装期间将关节中的驱动单元夹紧在铰接臂的构件/连杆之间的两个半壳状壳体结构形成。在某些公差条件下，由此永久性且径向作用力可能在组装之后出现，所述径向作用力被引导到测量凸缘中并由此引导到径向取向的测量辐条中，由此扭曲测量辐条的变形而被传感器元件吸收，即被传感器元件检测。

此外，可能发生作用于测量凸缘上的力，所述力例如通过因机械手自重而产生的杠杆作用引起，由此特别是负载具有最大影响，由于带有完全延伸的机械手。另外，用在驱动单元中以提供来自电驱动马达的必要减速的传动或齿轮机构可以特别是在连杆轴线附近将对应的轴向作用力施加在测量凸缘上。