带扭矩传感器的波动齿轮装置的制作方法

专利2026-03-03  9


本发明涉及一种波动齿轮装置,其具备检测借助外齿齿轮而传递的旋转扭矩的扭矩传感器。


背景技术:

1、在协作机器人市场上,为了监测碰撞或人直接与机械臂接触而进行教导,各机器人的关节需要扭矩传感。因此,在机器人关节部的减速器的部位设置扭矩传感器。关于组装于机器人关节部的减速器,为了布线等而要求形成为中空形状。另外,要求小型且轴长较短、高刚性、轻量,在减速器的部位内置扭矩传感器或者采用一体化的结构。在专利文献1中,在用作减速器的波动齿轮装置的挠性的外齿齿轮的隔膜上粘贴应变仪,由此检测借助外齿齿轮而传递的扭矩。在专利文献2中,在波动齿轮装置的形成为葡萄酒杯形状的外齿齿轮上从该隔膜至凸台粘贴应变仪而检测旋转扭矩。

2、现有技术文献

3、专利文献

4、专利文献1:日本特开2004-198400号公报

5、专利文献2:日本特开2000-320622号公报


技术实现思路

1、关于组装于机器人关节部等的用作减速器的波动齿轮装置,要求具备尽量较大的中空直径。另外,关于搭载于波动齿轮装置的扭矩传感器,存在应当实施如下改善的课题。

2、(课题1:提高扭矩检测精度)

3、波动齿轮装置的挠性的外齿齿轮因波动发生器而挠曲成椭圆状,随着波动发生器的旋转,外齿齿轮的圆周方向的各部分反复在半径方向上移位。利用应变仪还检测伴随着波动发生器的旋转的外齿齿轮的半径方向的移位。在专利文献1中,实施了用于减弱这种外齿齿轮的移位(椭圆应变)的对策。期望更可靠地将因外齿齿轮的移位引起的影响除去而进一步提高扭矩检测精度。

4、(课题2:提高传感器部的耐久性)

5、在利用粘贴于挠性的外齿齿轮的隔膜的应变仪而进行旋转扭矩的检测的情况下,在隔膜的应变仪的粘贴部,因施加扭矩而引起旋转应变,在此基础上,还因波动发生器的旋转而产生3维的较大的移位。移位量为较大的几μm,容易产生应变仪、导线的断线,面向实用的耐久性较低。在专利文献2中,在使得应变仪跨越隔膜与刚性的凸台的边界的状态下粘贴于上述部分,由此避免了导线等的断线,但依然存有改善的余地。

6、(课题3:设置传感器的容易性)

7、以往,形成为将应变仪粘贴于外齿齿轮的反复进行弹性变形的隔膜的构造,因此,存在受到材料的制约而无法容易地设置的课题。另外,由于将传感器设置于减速器内部,因此,需要针对润滑脂、机油而保护应变仪、其他传感器构成部件。

8、进而,作为当前需求高涨的安全功能,优选波动齿轮装置具备其征兆监视(预测故障)功能。例如,优选能够监视波动齿轮装置的温度、加速度等并基于其结果而进行预测故障等诊断。在该情况下,存在如下应当改善的事项。

9、(课题4:温度传感器、加速度传感器的位置距减速器较远)

10、关于以往的机器人关节部,有时组装有扭矩传感器以外的传感器、例如温度传感器、加速度传感器。多数情况下,传感器设置于在机器人关节部组装的致动器的伺服马达部的编码器基板。编码器基板处于与减速器(波动齿轮装置)分离的位置,有时无法准确地获取原本想要测定的减速器的部位的温度、振动的状态,从而存有改善的余地。

11、(课题5:减速器中产生的不规则扭矩的记录)

12、在机械臂的碰撞、紧急停止时,有时异常的扭矩施加于减速器(波动齿轮装置)的部位。其结果,导致减速器破损。然而,以往,并未存留该异常扭矩施加于减速器的证据,从而难以推定破损原因。

13、鉴于上述问题,本发明的主要目的在于提供一种带扭矩传感器的波动齿轮装置,其可以增大中空直径、且能够避免因外齿齿轮的挠曲而引起的扭矩检测精度的降低。

14、为了解决上述课题,在本发明中,

15、使得波动齿轮装置形成为具备如下部件的实现了单元化的构造:主轴承,其将内齿齿轮以及外齿齿轮支承为能够相对旋转;以及凸缘,其作为与外齿齿轮连结的输出轴等而发挥功能,

16、作为外齿齿轮而采用葡萄酒杯形状的外齿齿轮,由此确保组装于机器人关节部等时要求的较大的中空直径,并且,

17、将扭矩传感器的扭矩检测元件安装于与外齿齿轮连结的凸缘,从而不会受到外齿齿轮的挠曲的影响而能够高精度地检测旋转扭矩。特别地,将扭矩检测元件安装于凸缘的外侧端面,不会使其暴露于机油、润滑脂等中。

18、另外,在凸缘且在其外侧端面侧形成作为传感器收纳用凹部而发挥功能的环状凹部,将温度传感器、加速度传感器等传感器搭载于此处收纳的扭矩传感器的传感器基板,由此不会导致传感器配置部分的大型化,能够精密地进行波动齿轮装置的状态监视、征兆监视。



技术特征:

1.一种波动齿轮装置,其特征在于,

2.根据权利要求1所述的波动齿轮装置,其特征在于,

3.根据权利要求2所述的波动齿轮装置,其特征在于,

4.根据权利要求1所述的波动齿轮装置,其特征在于,

5.根据权利要求4所述的波动齿轮装置,其特征在于,

6.根据权利要求5所述的波动齿轮装置,其特征在于,


技术总结
波动齿轮装置(1)形成为实现了单元化的构造,具备:主轴承(5),其将内齿齿轮(2)以及外齿齿轮(3)支承为能够相对旋转;以及输出凸缘(6),其与外齿齿轮(3)连结。外齿齿轮(3)形成为葡萄酒杯形状,确保了组装于机器人关节部等时要求的较大的中空直径。在与外齿齿轮(3)连结的输出凸缘(6)的朝向外侧的端面部分安装有扭矩传感器(100)的应变仪(101)。扭矩传感器(100)不会受到外齿齿轮(3)的挠曲的影响而能够高精度地检测旋转扭矩,还不会使应变仪(101)等暴露于机油、润滑脂等中。

技术研发人员:木野学
受保护的技术使用者:谐波传动系统有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/11/11
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