CN107498591A - 液压式的防碰撞传感器 - Google Patents

Abstract

本发明属于自动化生产设备技术领域，涉及一种液压式的防碰撞传感器，上内半球面、八孔板和八个托板共同围成半球形的空间I，液囊安装在里面，液囊里有带压强的液压油；八孔板和下内半球面共同围成半球形空间II，里面安装半球体；外半球面与下内半球面组成球面配合，外半球面在下内半球面内摆动，托动爪推动托板，托板压迫液囊引起压强变动，压力变送器检测到压强值增大，通过电信号反馈给电控系统，电控系统切断电源，避免破坏动作继续进行。本发明结构简单，使用方便，灵敏度高，能有效避免关键设备受到破坏，为工厂节约大量维修维护的时间和资金。

Description

液压式的防碰撞传感器

技术领域

本发明属于自动化生产设备技术领域，涉及一种当工作机构受强烈碰撞时能避免机械手臂或工作机构损坏的装置，具体涉及一种液压式的防碰撞传感器。

背景技术

自动化和智能化生产设备在工厂中普及范围越来越广泛，机械手臂和工作机构的组合的应用也非常广泛。工作机构是指机械夹爪、焊枪或割炬等等。机械手臂能模仿人胳臂和手的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运、焊接或切割工件。

机械手臂是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置，是最早出现的工业机器人，也是最早出现的现代机器人，它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

在现代生产过程中，机械手臂被广泛地运用于自动化生产线中，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴的技术，该行业快速促进了机械手臂的发展，使得机械手臂能更好地实现机械化和自动化的有机结合。机械手臂虽然还不如人手那样灵活，但它能不断地重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量比较大，因此，机械手臂已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用。

人们在生产实践中根据自己的需要设计出各种各样的工作机构，最典型的是机械夹爪、焊枪或割炬。

人们根据工件的形状制作工作机构，适用于需要重复劳动、精确运动、危险地区、高温地区、低温地区等。工作机构还可以是真空吸盘，通过真空发生器使吸盘牢牢地吸附在工件表面，从而，在吸盘运动时，工件可以随着运动，撤消真空则工件又脱落下来；还可以是电磁吸盘，里面包括电磁铁，电磁铁通电时产生巨大的磁场，把钢铁工件牢牢吸引住，断开电流则工件脱落下来；还可以是油漆喷枪，工人长期工作在有油漆气味的场合，气味往往对人体有很大的危害，使用机械手臂工作可以避免危害工人身体健康；还可以是检测量具，用来测量工件的尺寸，自动把测量结果传输给计算机系统与标准值进行比对，从而判断该工件是否合格。总之机械手臂和工作机构的组合已经应用于现代化生产中的各行各业的各种工序，发辉着非常重要的作用。

然而，目前使用的机械手臂与工作机构的组合，往往是两者直接连接在一起，生产过程是复杂的，有时会出现突发事件，不可免避地工作机构会受到剧烈碰撞，轻则导致机械手臂或工作机构的定位精度变差，重则导致弯曲变形，甚至导致破坏周围的设备或伤及工作人员，而机构的电控系统不能感知到碰撞的发生，还仍然按照既定的程序工作，破坏动作还会继续，直到人工关停它的电源，造成额外支出大量维修维护的时间和资金。生产实践急需要一种能感知剧烈碰撞并且能及时反馈信号的装置产生。

发明内容

本发明的目的在于改进现有技术的不足之处，提供一种受到较剧烈的碰撞时能自动停机，结构简单，使用方便，灵敏度高，能有效避免关键设备受到破坏，为工厂节约大量维修维护的时间和资金的液压式的防碰撞传感器。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种液压式的防碰撞传感器，包括液囊外壳、压力变送器、液囊、八个托板、八孔板、半球外壳、多个钢珠和八爪半球；

液囊外壳包括两个相互平行且同轴心线的圆形法兰，一个是上法兰，另一个是机械手臂法兰，上法兰一端设有上内半球面，上内半球面的内半球面开口朝向上法兰方向，机械手臂法兰的中心处是空的，变送器通孔连通上内半球面的空腔和机械手臂法兰的中心空间；

压力变送器是一种将压力转换成气动信号或电动信号进行控制和远传的设备，压力变送器包括测压元件传感器，测压元件传感器能将感受到的气体、液体等物理压力参数转变成标准的电信号（如4～20mA直流电信号等），以供给指示报警仪、记录仪、调节器等二次仪表进行测量、指示和过程调节。压力变送器是工业实践中最为常用的一种传感器，它广泛应用于各种工业自动控制场合，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业；

液囊是一个柔性密封的橡胶皮囊，在自然状态下是半球状，包括半球部和底部，两者密封连接成一体，中间是空腔， 在半球部的中心处设置连通皮囊内外空间的变送器连接口，压力变送器密封连接在变送器连接口上，压力变送器的测压元件传感器在液囊的密封空间内部，压力变送器还有一部分露在液囊外部；

托板是扇环形，扇环形即是一个圆环沿两个半径切下的一部分，一个扇环形包括两个圆弧形边和两个直边；

八孔板是圆形板状，上面设置八个托板放置槽，托板放置槽是扇环形，扇环形托板放置槽的圆心与八孔板的圆心重合，八个托板放置槽成均匀辐射状布置，托板放置槽的深度等于托板的厚度；八个托板分别放置在八个托板放置槽内；每个托板放置槽的槽底设置一个推爪通孔，共有八个推爪通孔，推爪通孔是扇环形，扇环形推爪通孔的圆心与八孔板的圆心重合，推爪通孔位于对应托板放置槽的中部，推爪通孔的两个圆弧形边和两个直边都位于托板放置槽的两个圆弧形边和两个直边所围绕的闭环面的内部；

半球外壳包括一个半球状的壳体，半球状壳体内部有下内半球面，半球状壳体的开口处有圆形的下法兰，半球状壳体的中心处有细杆通孔，在下内半球面内部，在接近下法兰的地方设置有上挡沿，在接近细杆通孔的地方设置有下挡沿；

八爪半球包括工作机构法兰、半球体和连接细杆，半球体有外半球面和底面，连接细杆一端固定连接外半球面的中心处，另一端固定连接工作机构法兰的中心处；底面的周围，沿着球面向没有实体的空间延伸出来八个托动爪，托动爪是一片等厚度的球面，和底面固定连接；托动爪上有和底面不相邻的顶紧端面；

上法兰、八孔板的周围圆形边缘和下法兰三者叠合并固定连接在一起；

上内半球面、八孔板和八个托板共同围成半球形的空间I，液囊安装在半球形的空间I里，半球部贴紧上内半球面，底部贴紧八孔板和八个托板共同组成的圆形平面，压力变送器在液囊外的部分位于变送器通孔内；液囊里面充满带有0.05至1兆帕压强的液压油；

八孔板和下内半球面共同围成半球形空间II，里面安装半球体，连接细杆通过细杆通孔伸出半球形空间II以外，连接细杆的直径小于细杆通孔的直径，工作机构法兰位于半球形空间II以外；外半球面靠近下内半球面，底面靠近八孔板；在外半球面、下内半球面、上挡沿和下挡沿所围成的空间内充满多个钢珠，外半球面与下内半球面组成了球面配合，外半球面在下内半球面内可以绕外半球面的球心朝任一个方向摆动，而多个钢珠的存在使滑动摩擦变成了滚动摩擦，摩擦力大大减小，而动作的灵敏度则大大地提高；八个托动爪分别插入八个推爪通孔，八个托动爪的顶紧端面分别靠紧八个托板，本发明的所有部件成一个平衡系统，在不大的外力作用下各部分之间的相对位置不会变动。

以上所述的液囊外壳的上内半球面与变送器通孔相邻处还设有液囊卡槽，液囊上变送器连接口与半球部相连接的外侧面上还设有防转筋板，防转筋板嵌入到液囊卡槽内，能防止液囊在半球形的空间I内绕轴心线转动。

液压油内的压强大小根据工作机构或周围的其它设备受破坏时的最小力确定，比如当工作机构是重量约3公斤的焊枪时，焊枪受破坏的碰撞力大约是60公斤力，压强设备0.1MPa就可以了，再比如工作机构是机械手时，机械手加所搬运的重物是100公斤，压强可能要设在0.7MPa。

本发明的使用方法如下。

1)把本发明安装在设备上，机械手臂与机械手臂法兰固定连接，工作机构与工作机构法兰固定连接，压力变送器与电控系统电连接，然后就可以使用了。

2)在工作中，当工作机构突然受到非预期的剧烈碰撞时，则相应地八爪半球也会沿着该方向绕半球体的球心摆动一个角度。在摆动的过程中，多个钢珠8的存在使滑动摩擦变成了滚动摩擦，摩擦力大大减小，而动作的灵敏度则大大地提高。

3)半球体的摆动导致其中一侧的托动爪离开相接触的托板，该托板的位置不变，液囊上相邻近的部位也不会发生变化；而另一侧的托动爪则推动相接触的托板，托板离开相接触的托板放置槽的槽底，并压迫液囊上相邻近的部位。

4)液囊受压迫，所以里面的液压油的压强变大，根据帕斯卡原理，压强的增值瞬时传至液压油的各点，压力变送器的测压元件传感器则会检测到压强值的增大，通过电信号反馈给电控系统，电控系统立刻切断电源，则机械手臂与工作机构同时断电停止工作，从而避免了破坏动作的继续进行。

本发明的有益效果：本发明一端连接机械手臂，另一端连接工作机构，在工作机构非预期地受到较剧烈的碰撞时能自动停机，结构简单，使用方便，灵敏度高，能有效避免关键设备受到破坏，为工厂节约大量维修维护的时间和资金。

附图说明

图1是本发明实施例的正面全剖视图，不受外力时的状态；

图2是本发明实施例的正面全剖视图，受到A向外力时的状态；

图3是本发明实施例的三维结构局部剖开示意图；

图4是液囊外壳1的三维结构局部剖开示意图；

图5是液囊3的三维结构局部剖开示意图；

图6是托板5的三维结构示意图；

图7是液囊外壳1的三维结构局部剖开示意图；

图8是半球外壳7的正面全剖视图；

图9是八爪半球9的三维结构示意图；

图中所示：1.液囊外壳；11.上内半球面；12.上法兰；13.变送器通孔；14.液囊卡槽；15.机械手臂法兰；16.过线孔；2.压力变送器；3.液囊；31.变送器连接口；32.半球部；33.底部；34.防转筋板；4.液压油；5.托板；51.被托起的托板；6.八孔板；61.托板放置槽；62.推爪通孔；7.半球外壳；71.下法兰；72.下内半球面；73.细杆通孔；74.上挡沿；75.下挡沿；8.钢珠；9.八爪半球；91.工作机构法兰；92.托动爪；921.顶紧端面；93.半球体；931.外半球面；932.底面；94.连接细杆；A.受到外力的方向。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

实施例：参见图1至图9。

一种液压式的防碰撞传感器，包括液囊外壳1、压力变送器2、液囊3、八个托板5、八孔板6、半球外壳7、多个钢珠8和八爪半球9；

液囊外壳1包括两个相互平行且同轴心线的圆形法兰，一个是上法兰12，另一个是机械手臂法兰15，上法兰12一端设有上内半球面11，上内半球面11的内半球面开口朝向上法兰12方向，机械手臂法兰15的中心处是空的，变送器通孔13连通上内半球面11的空腔和机械手臂法兰15的中心空间；

压力变送器2是一种将压力转换成气动信号或电动信号进行控制和远传的设备，压力变送器包括测压元件传感器，测压元件传感器能将感受到的气体、液体等物理压力参数转变成标准的电信号（如4～20mA直流电信号等），以供给指示报警仪、记录仪、调节器等二次仪表进行测量、指示和过程调节。压力变送器是工业实践中最为常用的一种传感器，它广泛应用于各种工业自动控制场合，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业；

液囊3是一个柔性密封的橡胶皮囊，在自然状态下是半球状，包括半球部32和底部33，两者密封连接成一体，中间是空腔， 在半球部32的中心处设置连通皮囊内外空间的变送器连接口31，压力变送器2密封连接在变送器连接口31上，压力变送器2的测压元件传感器在液囊3的密封空间内部，压力变送器2还有一部分露在液囊外部；

托板5是扇环形，扇环形即是一个圆环沿两个半径切下的一部分，一个扇环形包括两个圆弧形边和两个直边；

八孔板6是圆形板状，上面设置八个托板放置槽61，托板放置槽61是扇环形，扇环形托板放置槽61的圆心与八孔板6的圆心重合，八个托板放置槽61成均匀辐射状布置，托板放置槽61的深度等于托板5的厚度；八个托板5分别放置在八个托板放置槽61内；每个托板放置槽61的槽底设置一个推爪通孔62，共有八个推爪通孔62，推爪通孔62是扇环形，扇环形推爪通孔62的圆心与八孔板6的圆心重合，推爪通孔62位于对应托板放置槽61的中部，推爪通孔62的两个圆弧形边和两个直边都位于托板放置槽61的两个圆弧形边和两个直边所围绕的闭环面的内部；

半球外壳7包括一个半球状的壳体，半球状壳体内部有下内半球面72，半球状壳体的开口处有圆形的下法兰71，半球状壳体的中心处有细杆通孔73，在下内半球面72内部，在接近下法兰71的地方设置有上挡沿74，在接近细杆通孔73的地方设置有下挡沿75；

八爪半球9包括工作机构法兰91、半球体93和连接细杆94，半球体有外半球面931和底面932，连接细杆94一端固定连接外半球面931的中心处，另一端固定连接工作机构法兰91的中心处；底面932的周围，沿着球面向没有实体的空间延伸出来八个托动爪92，托动爪92是一片等厚度的球面，和底面932固定连接；托动爪92上有和底面932不相邻的顶紧端面921；

上法兰12、八孔板6的周围圆形边缘和下法兰71三者叠合并固定连接在一起；

上内半球面11、八孔板6和八个托板5共同围成半球形的空间I，液囊3安装在半球形的空间I里，半球部32贴紧上内半球面11，底部33贴紧八孔板6和八个托板5共同组成的圆形平面，压力变送器2在液囊外的部分位于变送器通孔13内；液囊3里面充满带有0.05至1兆帕压强的液压油；

八孔板6和下内半球面72共同围成半球形空间II，里面安装半球体93，连接细杆94通过细杆通孔73伸出半球形空间II以外，连接细杆94的直径小于细杆通孔73的直径，工作机构法兰91位于半球形空间II以外；外半球面931靠近下内半球面72，底面932靠近八孔板6；在外半球面931、下内半球面72、上挡沿74和下挡沿75所围成的空间内充满多个钢珠8，外半球面931与下内半球面72组成了球面配合，外半球面931在下内半球面72内可以绕外半球面931的球心朝任一个方向摆动，而多个钢珠8的存在使滑动摩擦变成了滚动摩擦，摩擦力大大减小，而动作的灵敏度则大大地提高；八个托动爪92分别插入八个推爪通孔62，八个托动爪92的顶紧端面921分别靠紧八个托板5，本实施例的所有部件成一个平衡系统，在不大的外力作用下各部分之间的相对位置不会变动。

以上所述的液囊外壳1的上内半球面11与变送器通孔13相邻处还设有液囊卡槽14，液囊3上变送器连接口31与半球部32相连接的外侧面上还设有防转筋板34，防转筋板34嵌入到液囊卡槽14，能防止液囊3在半球形的空间I内绕轴心线转动。

液压油4内的压强大小根据工作机构或周围的其它设备受破坏时的最小力确定，比如当工作机构是重量约3公斤的焊枪时，焊枪受破坏的碰撞力大约是60公斤力，压强设备0.1MPa就可以了，再比如工作机构是机械手时，机械手加所搬运的重物是100公斤，压强可能要设在0.7MPa。

本实施例的使用方法如下。

1)把本实施例安装在设备上，机械手臂与机械手臂法兰15固定连接，工作机构与工作机构法兰91固定连接，压力变送器2与电控系统电连接，然后就可以使用了。

2)在工作中，当工作机构突然受到非预期的剧烈碰撞时，如图2中箭头所指示受到外力的方向A，则相应地八爪半球9也会沿着该方向绕半球体93的球心摆动一个角度。在摆动的过程中，多个钢珠8的存在使滑动摩擦变成了滚动摩擦，摩擦力大大减小，而动作的灵敏度则大大地提高。

3)半球体93的摆动导致其中一侧的托动爪92离开相接触的托板5，该托板5的位置不变，液囊3上相邻近的部位也不会发生变化；而另一侧的托动爪92则推动相接触的托板5，托板5离开相接触的托板放置槽61的槽底，并压迫液囊3上相邻近的部位。

4)液囊3受压迫，所以里面的液压油4的压强变大，根据帕斯卡原理，压强的增值瞬时传至液压油的各点，压力变送器的测压元件传感器则会检测到压强值的增大，通过电信号反馈给电控系统，电控系统立刻切断电源，则机械手臂与工作机构同时断电停止工作，从而避免了破坏动作的继续进行。

本实施例的有益效果：本实施例一端连接机械手臂，另一端连接工作机构，在工作机构非预期地受到较剧烈的碰撞时能自动停机，结构简单，使用方便，灵敏度高，能有效避免关键设备受到破坏，为工厂节约大量维修维护的时间和资金。

Claims (2)

1.一种液压式的防碰撞传感器，其特征在于，包括液囊外壳、压力变送器、液囊、八个托板、八孔板、半球外壳、多个钢珠和八爪半球；

液囊外壳包括两个相互平行且同轴心线的圆形法兰，一个是上法兰，另一个是机械手臂法兰，上法兰一端设有上内半球面，上内半球面的内半球面开口朝向上法兰方向，机械手臂法兰的中心处是空的，变送器通孔连通上内半球面的空腔和机械手臂法兰的中心空间；

压力变送器包括测压元件传感器；

液囊是一个柔性密封的橡胶皮囊，在自然状态下是半球状，包括半球部和底部，两者密封连接成一体，中间是空腔， 在半球部的中心处设置连通皮囊内外空间的变送器连接口，压力变送器密封连接在变送器连接口上，压力变送器的测压元件传感器在液囊的密封空间内部，压力变送器还有一部分露在液囊外部；

托板是扇环形，一个扇环形包括两个圆弧形边和两个直边；

八孔板是圆形板状，上面设置八个托板放置槽，托板放置槽是扇环形，扇环形托板放置槽的圆心与八孔板的圆心重合，八个托板放置槽成均匀辐射状布置，托板放置槽的深度等于托板的厚度；八个托板分别放置在八个托板放置槽内；每个托板放置槽的槽底设置一个推爪通孔，共有八个推爪通孔，推爪通孔是扇环形，扇环形推爪通孔的圆心与八孔板的圆心重合，推爪通孔位于对应托板放置槽的中部，推爪通孔的两个圆弧形边和两个直边都位于托板放置槽的两个圆弧形边和两个直边所围绕的闭环面的内部；

半球外壳包括一个半球状的壳体，半球状壳体内部有下内半球面，半球状壳体的开口处有圆形的下法兰，半球状壳体的中心处有细杆通孔，在下内半球面内部，在接近下法兰的地方设置有上挡沿，在接近细杆通孔的地方设置有下挡沿；

八爪半球包括工作机构法兰、半球体和连接细杆，半球体有外半球面和底面，连接细杆一端固定连接外半球面的中心处，另一端固定连接工作机构法兰的中心处；底面的周围，沿着球面向没有实体的空间延伸出来八个托动爪，托动爪是一片等厚度的球面，和底面固定连接；托动爪上有和底面不相邻的顶紧端面；

上法兰、八孔板的周围圆形边缘和下法兰三者叠合并固定连接在一起；

上内半球面、八孔板和八个托板共同围成半球形的空间I，液囊安装在半球形的空间I里，半球部贴紧上内半球面，底部贴紧八孔板和八个托板共同组成的圆形平面，压力变送器在液囊外的部分位于变送器通孔内；液囊里面充满带有0.05至1兆帕压强的液压油；

八孔板和下内半球面共同围成半球形空间II，里面安装半球体，连接细杆通过细杆通孔伸出半球形空间II以外，连接细杆的直径小于细杆通孔的直径，工作机构法兰位于半球形空间II以外；外半球面靠近下内半球面，底面靠近八孔板；在外半球面、下内半球面、上挡沿和下挡沿所围成的空间内充满多个钢珠，外半球面与下内半球面组成了球面配合，外半球面在下内半球面内绕外半球面的球心朝任一个方向摆动；八个托动爪分别插入八个推爪通孔，八个托动爪的顶紧端面分别靠紧八个托板。

2.根据权利要求1所述的液压式的防碰撞传感器，其特征在于液囊外壳的上内半球面与变送器通孔相邻处还设有液囊卡槽，液囊上变送器连接口与半球部相连接的外侧面上还设有防转筋板，防转筋板嵌入到液囊卡槽内。