扭矩测量装置及执行装置
技术领域
本发明涉及扭矩测量领域，特别涉及一种扭矩测量装置及执行装置。
背景技术
现有技术中，许多场合需要测量的执行装置所受力或力矩。例如，手术机器人进行手术过程中，需要精确测量每个操作动作所收到的反作用力，从而对下一步操作提供更多信息。
在各类手术机器人中，一般采用电机作为执行装置的动力源。现有技术中，一般将电机定子固定设置在固定座上，测力传感器与电子转子固定连接，由于工作过程中，电子转子转动，测力传感器的引线只能通过滑环接出与相应的控制装置连接，进而采集并计算出所受力矩。由于滑环存在，导致整个结构设计复杂，而且滑环使用寿命短，滑环连接处电阻与磨损程度有关，导致测量精度降低。
发明内容
本发明提供了一种结构简单，测量可靠的扭矩测量装置及执行装置。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
依据本发明的一个方面，提供了一种扭矩测量装置，包括固定座、电机和测量装置，电机包括电机定子和电机转子；电机定子可转动地设置在固定座上，且电机定子的转动轴与电机转子同轴；测量装置第一端固定在固定座上，第二端固定在电机定子上。
进一步地，固定座具有环状部和支撑在环状上的固定支腿；环状部上具有轴承孔；电机定子通过轴承固定在轴承孔中。
进一步地，扭矩测量装置还包括转动座，转动座与电机定子固定连接；转动座具有与轴承内孔配合的轴部。
进一步地，扭矩测量装置还包括固定在环状部上的第一支架和固定在转动座上的第二支架；测量装置两端分别固定在第一支架和第二支架上。
进一步地，第一支架和第二支架与测量装置相对的两个侧面分别固定。
本发明还提供了一种执行装置，包括前述的扭矩测量装置。
综上所述，根据本发明的扭矩测量装置及执行装置，电机定子与转子同轴地可转动地设置在固定座上，且测量装置两端分别固定在固定座和电机定子上。也即电机定子在周向仅通过测量装置固定，在电机工作时，电机转子受到电机定子施加的电磁扭矩和负载施加的阻力矩。根据物理学定律，知当电机转子作匀速运动时，所受外力和为零。此时电机受到的两个方向相反的扭矩相等，即电磁扭矩与负载阻力矩相等。而此时，定子受到来自转子的电磁扭矩反作用力，其大小与转子受到的电磁扭矩相等，同时定子还受到固定座通过测量装置传递的反作用力矩，这两个力矩平衡保证定子不发生移动。该反作用力矩通过的测量装置测量的力与力臂相乘即可得到。
因此，本发明通过将定子与固定座之间设置为周向可转动的方式，通过测量定子所受到来自固定座的力，从而转换得到转子所受力矩，解决了现有技术中需要通过滑环引线而导致结构复杂的问题，而且测量精度更高更可靠。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明的扭矩测量装置的分解结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
如图1所示，本发明提供了一种扭矩测量装置，包括固定座10、电机20和测量装置30，电机20包括电机定子21和电机转子22；电机定子21可转动地设置在固定座10上，且电机定子21的转动轴与电机转子22同轴；测量装置30第一端固定在固定座10上，第二端固定在电机定子21上。
本发明中，电机定子21与转子同轴地可转动地设置在固定座10上，且测量装置30两端分别固定在固定座10和电机定子21上。也即电机定子21在周向仅通过测量装置30固定，在电机20工作时，电机转子22受到电机定子21施加的电磁扭矩和负载施加的阻力矩。根据物理学定律，当电机转子22作匀速运动时，所受外力和为零。此时电机20受到的两个方向相反的扭矩相等，即电磁扭矩与负载阻力矩相等。而此时，定子受到来自转子的电磁扭矩反作用力，其大小与转子受到的电磁扭矩相等，同时定子还受到固定座10通过测量装置30传递的反作用力矩，这两个力矩平衡保证定子不发生移动。该反作用力矩通过的测量装置30测量的力与力臂相乘即可得到。
因此，根据上述分析可知，根据测量装置30所测的力可以计算出匀速运动时电机转子22所受到的扭矩，解决了现有技术中需要通过滑环引线而导致结构复杂的问题，而且测量精度更高更可靠。
另外，在转子加速或减速运动时，相应的考虑转子的转动惯量进行补偿即可。该装置免去了滑环机构，利用现有的力测量装置30，使系统稳定性更容易保证。
具体地，结合图1所示，固定座10具有环状部11和支撑在环状上的固定支腿12，固定支腿12上设置螺钉孔，从而将整个固定座10固定在固定架上。环状部11上具有轴承孔，电机定子21通过轴承40固定在轴承孔中，从而保证电子定子与固定座10之间周向不受力。
另外，为了方便安装和加工，扭矩测量装置还包括转动座50，转动座50与电机定子21固定连接，转动座50具有与轴承40内孔配合的轴部51。也即通过设置一个转动座50与轴承40配合，从而避免在电机定子21上直接加工，能够有效地降低加工复杂度。
结合图1所示，扭矩测量装置还包括固定在环状部11上的第一支架61和固定在转动座50上的第二支架62；测量装置30两端分别固定在第一支架61和第二支架62上。通过设置第一支架61和第二支架62，方便测量装置30安装和固定。优选地，如图1所示，第一支架61和第二支架62与测量装置30相对的两个侧面分别固定，提高安装固定可靠性。
本发明还提供了一种执行装置，包括前述的扭矩测量装置，相比现有技术，能够以更简单的结构直接测量转子匀速运动时所受力矩，当转子在加速或减速运动时，相应的考虑转子的转动惯量进行补偿也可以测量。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本发明的目的，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
