CN101745912B - 缓冲装置 - Google Patents

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Abstract

一种缓冲装置，其包括基座、连接臂、支撑件、法兰及复位机构。基座及法兰分别与支撑件固定连接。连接臂包括主体及设置于主体一端的转动部，该主体上与该转动部相对的一端用于连接一个吸盘或夹爪，该转动部可转动地设于该支撑件与法兰之间。该法兰顶部开设有通孔，该主体上与该转动部相对的一端从该通孔中凸伸出来，该主体通过与该通孔的孔壁相抵挡以限定该连接臂的摆动范围，复位机构包括可相对支撑件滑动的抵持件及用于推挤该抵持件与连接臂的转动部相互靠近的弹性件。抵持件与连接臂的转动部其中之一设有凹坑，另外一个设有与该凹坑相抵持的突起。上述缓冲装置的连接臂在受到碰撞时可发生摆动，并可依靠复位机构吸收碰撞产生的冲击，并在与碰撞物体分离后依靠复位机构自动回复到碰撞前的状态。

Description

缓冲装置
技术领域
本发明涉及一种缓冲装置，尤其涉及一种能够吸收碰撞产生的冲击以起到保护作用的缓冲装置。
背景技术
随着工业的发展，自动化设备已经广泛应用于各生产领域中，比如能够进行抓取和搬运的机械手，其可以按照设定的运动轨迹运动，实现自动上料和下料。然而，当机械手在有限的空间中进行回转或进行其他动作时，因受机械手本身运动的精度限制以及其产生的惯性力作用，或者受周边设备的安装精度的限制，机械手易与周边设备发生刚性碰撞，从而造成机械手或周边设备的损坏，严重时甚至会产生安全事故。此类因刚性碰撞而造成设备损坏的现象在其他自动化作业中也经常发生。
一种现有的避免上述刚性碰撞的方法是通过在机械手上安装感测装置，比如力传感器等，以对机械手与周边设备的接触情况进行感知，当机械手与周边设备发生碰撞时，该传感器产生一个信号，并将该信号传送给机械手的控制装置，控制装置根据该信号发出控制指令以改变机械手的运动轨迹，从而使机械手避开周边设备，以起到保护作用。待机械手避过周边设备之后，控制装置再发出控制指令使机械手重新返回到原先设定的工作路径上，以进行后续的工作。
然而，在机械手等自动化设备上配置感测装置及相应的控制系统，增加了结构的复杂程度，提高了成本，且需要专业技能较高的人员进行维护。
发明内容
鉴于上述内容，有必要提供一种结构简单、能够吸收碰撞产生的冲击，并能够实现自动复位的缓冲装置。
一种缓冲装置，其包括基座、连接臂、支撑件、法兰及复位机构。基座及法兰分别与支撑件固定连接。连接臂包括主体及设置于主体一端的转动部，该主体上与该转动部相对的一端用于连接一个吸盘或夹爪，该转动部可转动地设于该支撑件与法兰之间。该法兰顶部开设有通孔，该主体上与该转动部相对的一端从该通孔中凸伸出来，该主体通过与该通孔的孔壁相抵挡以限定该连接臂的摆动范围。复位机构包括可相对支撑件滑动的抵持件及用于推挤该抵持件与连接臂的转动部相互靠近的弹性件。抵持件与连接臂的转动部其中之一设有凹坑，另外一个设有与该凹坑相抵持的突起。
上述缓冲装置的连接臂在受到碰撞时可发生摆动，与碰撞物体柔性接触，复位机构还能够依靠弹性件的变形来吸收碰撞产生的冲击，可减轻连接臂与碰撞物体碰撞而造成的损坏。同时，通过在抵持件与连接臂的转动部其中之一设置突起，在另外一个上设置与该突起相抵持的凹坑，连接臂与碰撞物体分离后，由于弹性件对抵持件施加推力，从而可以依靠突起与凹坑之间的抵持力产生的力矩自动回复到碰撞前的状态。上述缓冲装置还具有结构简单、使用方便的优点。
附图说明
图1是本发明较佳实施例缓冲装置的立体示意图。
图2是图1所示缓冲装置的立体分解示意图。
图3是图2所示缓冲装置的连接臂的立体示意图。
图4是图1所示缓冲装置的连接臂不发生摆动时的剖面示意图。
图5是图1所示缓冲装置的连接臂发生摆动时的剖面示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明的缓冲装置作进一步的详细说明。
本发明的缓冲装置可以应用于工业机械人、数控机床等设备中，本实施例以应用于工业机械人的机械手的缓冲装置为例加以说明。
请参见图1至图4，本发明较佳实施例的缓冲装置100包括基座11、支撑件12、法兰13、连接臂14及复位机构15。
基座11大致为圆盘状，其外圆周的边缘部开设有若干通孔112，用于与带动缓冲机构100运动的主轴（图未示）固定连接。基座11一端的中部沿轴向突出形成圆柱形定位部113。基座11还设有围绕定位部113的若干安装孔114。
支撑件12大致呈圆柱形，其一端设有一个盲孔122，相对的另一端设有一个安装部124。盲孔122用于与基座11的定位部113相配合。安装部124大致为一个半球形凹面，该安装部124与盲孔122通过连通孔123相连通。支撑件12的上下两端面分别设有若干螺纹孔126、127。
连接臂14包括一个主体141及设于主体141一端的转动部142。主体141为圆柱体，转动部142大致为球体，且主体141的轴线通过转动部142的中心O1。转动部142的底部形成有凹坑143，凹坑143大致为半球形，其中心落在主体141的轴线上。在本实施例中，连接臂14为机械手的机械臂，其主体141上与转动部142相对的一端可直接连接吸盘、夹爪等工具。
法兰13包括一个连接部131及设于连接部131上的配合部133。连接部131为环状，靠近其外圆周边缘部设有若干安装孔1314。配合部133形成于连接部131的内周缘，其具有一个可与连接臂14的转动部142相配合的配合面1331，配合面1331大致为半球面。配合部133顶部设有一个圆形开孔1334，以供连接臂14的主体141穿设并可用于限制连接臂14主体141的摆动范围。
复位机构15包括抵持件151及弹性件152。抵持件151包括一个圆柱形滑动部1511，滑动部1511一端延伸形成柱状支撑部1513，滑动部1511另一端的中心位置设有突起1515。滑动部1511可与支撑件12的盲孔122相配合并沿盲孔122的轴向滑动。突起1515大致为半球形，其用于与连接臂14转动部142的凹坑143相抵持，突起1515的半径略小于凹坑143的直径。弹性件152为螺旋形压簧，其可套设于抵持件151的支撑部1513上，用于施加弹力使抵持件151与连接臂14相抵。当然，弹性件152也可以为其它弹性体，比如弹片、碟形弹簧、橡胶件等。
装配时，首先将复位机构15的抵持件151插设于支撑件12的盲孔122内，然后将弹性件152套设于抵持件151的支撑部1513。通过将基座11的定位部113与支撑件12的盲孔122相配合，快速找准基座11与支撑件12的配合位置，将支撑件12对应基座11放置，并将螺钉118穿设基座11上的安装孔114并与支撑件12底端的螺纹孔127螺合，从而将基座11与支撑件12固定连接。此时，弹性件152的两端分别与基座11及抵持件151相抵，同时，抵持件151的突起1515穿过支撑件12的连通孔123伸入安装部124内。
然后，将连接臂14的转动部142安装至支撑件12的安装部124内，并使凹坑143与抵持件151的突起1515相抵持。将法兰13套设于连接臂14，螺钉136穿设法兰13连接部131上的安装孔1314与支撑件12上端的螺纹孔126相螺合，使连接臂14的转动部142可万向转动地设置于法兰13配合部142的配合面1331与支撑件12的安装部124界定的空间内，连接臂14的旋转中心即转动部142的中心O1。通过调整螺钉136可以调节转动部142与配合面1331及安装部124之间的相接触的松紧程度。
使用时，可在连接臂14的自由端，即与转动部142相对的一端装设吸盘、夹爪等工具用于抓取工件，将基盘11固定于主轴上，主轴做旋转运动或直线运动以带动连接臂14，使连接臂14运动到设定的位置。图4所示为缓冲装置100处于正常工作状态的示意图，此时抵持件151的突起1515的顶点与转动部142的凹坑143的顶点相接触，该接触点a与转动部142的中心O1及连接臂14主体的轴线共线。此时，因弹性件152形变而产生的突起1515与凹坑143之间的抵持力恰好通过连接臂14的旋转中心O1，从而连接臂14不会产生摆动。
请参见图5，当连接臂14的主体部141与周边设备发生碰撞时，该碰撞力将产生一个转动力矩M1使连接臂14绕转动部142的中心O1发生摆动，从而使连接臂14与碰撞物体柔性接触。此时，突起1515与凹坑143的接触点a’移动至顶点的一侧，同时，连接臂14对抵持件151施加推力，弹性件152压缩并吸收碰撞时产生的冲击。因突起1515与凹坑143的接触点a’偏离了连接臂14主体141的轴线，抵持件151对连接臂14的抵持力对连接臂14的转动中心O1产生一个复位力矩M2，该复位力矩M2与碰撞力产生的转动力矩M1方向相反。在连接臂14与外部设备脱离之前，连接臂14可以与碰撞物体之间始终保持柔性接触。通过连接臂14的主体141与法兰13的圆形开孔1334孔壁相抵挡可限制连接臂14的最大摆动角度，从而防止突起1515从凹坑143中滑脱。当连接臂14与外部设备分离后，转动力矩M1随之消失，在抵持件151对连接臂14的抵持力产生的复位力矩M2的作用下，连接臂14发生摆动，回复至图4所示的正常工作状态，此时，因突起1515与凹坑143之间的抵持力大致通过连接臂14的旋转中心O1，复位力矩M2基本为零，从而连接臂14可保持在正常工作状态。
为避免连接臂14摆动过程中其转动部142与法兰13的配合面1331之间直接摩擦，可以在转动部142与配合面1331之间设置耐磨垫片16。耐磨垫片16具有一个外表面161及一个内表面162，外表面161与法兰13的配合面1331相适配，内表面162与连接臂14的转动部142相适配。耐磨垫片16由POM(polyformaldehyde，聚甲醛)材料通过注塑成型，其具有较低的摩擦系数并具有弹性，不但可以避免转动部142与法兰13之间的直接摩擦，减小元件的磨损，还可以通过其弹性形变来补偿因转动部142的形状误差产生的配合间隙，使连接臂14的转动更为顺畅。
上述缓冲装置100的连接臂14在受到碰撞时可发生万向摆动，与碰撞物体柔性接触，并可依靠复位机构15的弹性件152吸收碰撞产生的冲击，在与碰撞物体分离后还可依靠复位机构15的作用自动回复到碰撞前的状态。
可以理解，也可以在连接臂14的转动部142的底部形成突起，而在复位机构15的抵持件151上形成可与该突起相抵持的凹坑。此时，需满足连接臂14处于工作状态时，该突起与凹坑之间的抵持力通过连接臂14的旋转中心，而当连接臂14受到碰撞而发生摆动时，该突起与凹坑之间的抵持力相对连接臂14的旋转中心产生一个力矩，当连接臂14与碰撞物分离后，该力矩使连接臂14回复至工作状态。
可以理解，该连接臂14的摆动方式不限于万向摆动，其转动部142的形状也不限于球体，其也可以为圆柱体等其他形状。当转动部142为圆柱体时，与之对应，法兰13配合部133的配合面1331以及支撑件12的安装部124均大致为半圆柱面，此时，连接臂14可在垂直于转动部142轴线的一个确定平面内摆动，当连接臂14在该平面内运动并与周边设备发生碰撞时，可通过摆动而与碰撞物体柔性接触，并通过复位机构15的作用自动复位。

Claims (10)

1.一种缓冲装置，其包括基座及连接臂，其特征在于：该缓冲装置还包括支撑件、法兰及复位机构，该基座及法兰分别与支撑件固定连接，该连接臂包括主体及设置于主体一端的转动部，该主体上与该转动部相对的一端用于连接一个吸盘或夹爪，该转动部可转动地设于该支撑件与法兰之间，该法兰顶部开设有通孔，该主体上与该转动部相对的一端从该通孔中凸伸出来，该主体通过与该通孔的孔壁相抵挡以限定该连接臂的摆动范围，该复位机构包括可相对支撑件滑动的抵持件及用于推挤该抵持件与连接臂的转动部相互靠近的弹性件，该抵持件与该连接臂的转动部其中之一设有凹坑，另外一个设有与该凹坑相抵持的突起。
2.如权利要求1所述的缓冲装置，其特征在于：该基座和法兰分别设于该支撑件两端，该弹性件设于抵持件和基座之间。
3.如权利要求2所述的缓冲装置，其特征在于：该法兰包括一个半球形配合面，该支撑件包括用于容纳该连接臂的转动部的安装座，该安装座为半球形凹面，该连接臂的转动部为球体，该转动部可转动地设于该配合面与安装座之间。
4.如权利要求3所述的缓冲装置，其特征在于：该法兰的配合面与该连接臂的转动部之间设有耐磨垫片，该耐磨垫片包括一个内表面及一个外表面，该内表面与连接臂的转动部相适配，该外表面与法兰的配合面相适配。
5.如权利要求4所述的缓冲装置，其特征在于：该耐磨垫片由聚甲醛材料通过注塑成型。
6.如权利要求3所述的缓冲装置，其特征在于：该通孔开设于该法兰的配合面上。
7.如权利要求2所述的缓冲装置，其特征在于：该支撑件设有一个盲孔，该抵持件及弹性件容纳于该盲孔内。
8.如权利要求7所述的缓冲装置，其特征在于：该基座上设有定位部，该定位部与该盲孔相配合。
9.如权利要求1所述的缓冲装置，其特征在于：该复位机构的弹性件为螺旋压簧。
10.如权利要求1所述的缓冲装置，其特征在于：该突起与凹坑均为半球形，且该突起的直径小于该凹坑的直径。
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