CN108081317A - 一种机械手的载荷保护装置及载荷保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机械手的载荷保护装置，包括载荷传感器和后座，所述载荷传感器外侧安装有外壳，且外壳顶部安装有顶板，所述顶板两侧设置有触点，且触点下方的外壳内部安装有应变片，所述外壳内侧设置有防撞块，且外壳底部安装有底板，所述后座内部安装有信号处理模块，且载荷传感器后方安装有后座，所述载荷传感器前方中部设置有安装槽，且安装槽前方安置有固定座，所述固定座两侧均设置有固定螺栓。该机械手的载荷保护装置的外壳内侧设置有防撞块，而且防撞块材质设置为橡胶，可以在受到撞击力时，降低内部零件受到的冲击力，提高使用寿命。还提供了一种利用该装置的载荷保护方法。

Description

一种机械手的载荷保护装置及载荷保护方法

技术领域

本发明涉及机械手的载荷保护技术领域，具体为一种机械手的载荷保护装置及载荷保护方法。

背景技术

机械手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。机械手是一种能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。而载荷限制器是起重机械的安全保护装置。能防止起重机械因超载而引起机构损坏、钢丝绳断裂，制动器制动失灵等造成重大设备或人身伤亡事故。

但是现有的载荷保护装置自身缺少保护装置，受到撞击力时，内部零件容易损坏，而且现有的载荷保护装置的固定结构不能够调节大小，一般都是一个触点接触式检测，实用中可以使用，但是实际应用效果很差，完全没有考虑实际利用的各种实际问题，实用性低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机械手的载荷保护装置，以解决现有的载荷保护装置自身缺少保护装置，受到撞击力时，内部零件容易损坏，而且现有的载荷保护装置的固定结构不能够调节大小，也不能平面校准等功能，实用性低的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种机械手的载荷保护装置，包括载荷传感器(4)和后座(9)，其特征在于：所述载荷传感器(4)外侧安装有外壳(6)，且外壳(6)顶部安装有顶板(2)，所述顶板(2)两侧设置有触点(1)，触点由弹簧(101)传导压力至应变片上片(3)，且触点(1)下方的外壳(6)内部安装有应变片下片(311)，所述外壳(6)内侧设置有防撞块(5)，且外壳(6)底部安装有底板(7)，所述后座(9)内部安装有信号处理模块(8)，且载荷传感器(4)后方安装有后座(9)，所述载荷传感器(4)前方中部设置有安装槽(10)，且安装槽(10)前方安置有固定座(11)，所述固定座(11)两侧均设置有固定螺栓(12)；所述触点与应变片上片(3)之间由弹簧(101)传导压力，所述应变片下片(311)由基片(312)、电阻丝(313)、覆盖层(314)、引出线(315)组成，且组成顺序从下往上为基片、电阻丝、覆盖层、引出线正负极分别与电阻丝两端相连，电阻丝厚度在0.005-0.01mm之间，宽度在0.02-0.05mm之间，盘曲成适当形状；应变片下片的引出线两端接入四电阻单臂桥电路作为应变电阻，所述四电阻单臂桥电路的电压值由载荷传感器感应以体现载荷变化。

前述的一种机械手的载荷保护装置，其特征在于：所述触点(1)设置有两个左触点和右触点，且左触点和右触点之间设置有安装槽(10)，所述应变片上片、弹簧、应变片下片也都是左右两个以配合。

前述的一种机械手的载荷保护装置，其特征在于：所述载荷传感器(4)与信号处理模块(8)、调零单元(13)、重量显示单元(14)、电压放大单元(15)、红灯(16)、触发器(17)、控制门单元(18)、报警器(19)、执行机构(20)、整流稳压器(21)、工作灯(22)、重量控制单元(23)、电源(24)和整流电源(25)之间连接方式设置为电性连接；所述重量显示单元具备两套显示回路，可以同时显示两个触点传送来的载荷压感电压数值。

前述的一种机械手的载荷保护装置，其特征在于：所述载荷传感器(4)前方与固定螺栓(12)对应位置处的外壳(6)上设置有固定孔，且载荷传感器(4)的使用温度范围为零下40℃-85℃。

前述的一种机械手的载荷保护装置，其特征在于：所述防撞块(5)材质设置为橡胶。

前述的一种机械手的载荷保护装置，其特征在于：所述固定座(11)设置为滑动式结构，且固定座(11)设置为“凸”形结构。

本发明还提供了一种机械手的载荷保护方法，其利用如前所述的机械手的载荷保护装置以进行，其特征在于：1)固定螺栓拆除步骤：将固定螺栓12从外壳6上的固定孔处拆下，从而将固定座11从安装槽10内取出，使得触点(1)和应变片上片(3)可以活动；2)机械手限位步骤：将安装槽10合在机械爪的受力处，并且将触点1贴在其表面，并保证两侧设置的触点1都基本平等地承受机械爪的压力，按照事先设定的初始载荷值进行调节，观察重量显示单元(14)中的显示值，待其符合事先设定的初始载荷值，并且显示两侧的应变片下片传回的电压值之间的差值小于±0.005V；确定固定座11在安装槽10内的位置，并且利用固定螺栓12将固定座(11)固定；如果显示两侧的应变片下片传回的电压值之间的差值大于±0.005V，继续调整载荷保护装置与机械爪的接触角度，直至显示两侧的应变片下片传回的电压值之间的差值小于±0.005V，结束步骤(2)；3)初始载荷调零单元步骤：保持步骤(2)中的固定状态不变，调节载荷保护装置至刚刚与机械爪接触的状态，调节载荷传感器返回的的显示数值为零，作为零点值；4)机械手监测步骤：当机械手抓取物品时，荷载变化引起载荷传感器4的应变改变时，应变片上片3的电阻发生改变的信号经放大、滤波、处理，传送到重量显示单元上，指示出载荷变化的信息，核对显示两侧的应变片下片传回的电压值之间的差值是否小于±0.005V，如果不是，则继续调整载荷保护装置与机械爪的接触角度，直至显示两侧的应变片下片传回的电压值之间的差值小于±0.005V，确定此时的载荷变化信息为确信的载荷变化的信息；5)触发核对步骤：当载荷传感器的应变改变时，接收步骤(4)得到的确信的载荷变化的信息，对于超过一定阈值的压力，将其信号传送给电压放大单元，电压放大单元将信号放大后传送给触发器，触发器将放大后的信号与重量控制单元中的报警器限值对比，当放大后的信号≥报警器限值时，发出提醒报警器发出警报。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：1)该机械手的载荷保护装置的外壳内侧设置有防撞块，而且防撞块材质设置为橡胶，可以在受到撞击力时，降低内部零件受到的冲击力，提高使用寿命，现有技术中没有此设置的装置非常容易损坏，而维修更换非常麻烦，现有技术中对于此种设置没有公开也没有技术启示；2)另外，固定座设置为滑动式结构，且固定座后端设置为弧形结构，设置为滑动式结构便于调节载荷保护装置固定结构的大小，从而适用多种尺寸的机械手，提高使用的灵活性，这一点是提高载荷保护装置的适用性的独特设置，现有技术中没有公开也没有技术启示；3)将四电阻单臂桥电路应用于此种简单压感装置，也是没有公开也没有给出技术启示，是本发明的创新之处；4)此外，本发明设置左右侧触点，并根据两个触点的数值以判断接触的妥当与否，也是现有技术所没有提到的，现有技术的与机械臂的压感接触均为单点接触，本发明用两侧的两个触点接触机械爪，并且在感测压力时考虑两个触点传递出来的压力差，这样避免了机械爪的载荷没有能够正确地由压感传递的情况，这是本发明的创新之处；5)另外，设置为“凸”形结构利于将固定座与外壳相连接，从而将该保护装置固定在机械手上。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2位本发明应变片下片结构示意图；

图3为本发明俯视结构示意图；

图4为本发明传感器命令流程图结构示意图。

图中：1、触点，101、弹簧，2、顶板，3、应变片上片，311、应变片下片，312、基片，313、电阻丝，314、覆盖层，315、引出线，4、载荷传感器，5、防撞块，6、外壳，7、底板，8、信号处理模块，9、后座，10、安装槽，11、固定座，12、固定螺栓，13、调零单元，14、重量显示单元，15、电压放大单元，16、红灯，17、触发器，18、控制门单元，19、报警器，20、执行机构，21、整流稳压器，22、工作灯，23、重量控制单元，24、电源，25、整流电源。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种机械手的载荷保护装置，包括触点1、顶板2、应变片上片3、载荷传感器311、应变片下片，312、基片，313、电阻丝，314、覆盖层，315、引出线4、防撞块5、外壳6、底板7、信号处理模块8、后座9、安装槽10、固定座11、固定螺栓12、调零单元13、重量显示单元14、电压放大单元15、红灯16、触发器17、控制门单元18、报警器19、执行机构20、整流稳压器21、工作灯22、重量控制单元23、电源24和整流电源25，载荷传感器4外侧安装有外壳6，且外壳6顶部安装有顶板2，顶板2两侧设置有触点1，触点由弹簧101传导压力至应变片上片3，且触点1下方的外壳6内部安装有应变片下片311，外壳6内侧设置有防撞块5，且外壳6底部安装有底板7，防撞块5材质设置为橡胶，后座9内部安装有信号处理模块8，且载荷传感器4后方安装有后座9，载荷传感器4前方中部设置有安装槽10，且安装槽10前方安置有固定座11，触点1设置有两个，且触点1之间设置有安装槽10，载荷传感器4与信号处理模块8、调零单元13、重量显示单元14、电压放大单元15、红灯16、触发器17、控制门单元18、报警器19、执行机构20、整流稳压器21、工作灯22、重量控制单元23、电源24和整流电源25之间连接方式设置为电性连接；所述重量显示单元具备两套显示回路，可以同时显示两个触点传送来的载荷压感电压数值；固定座11两侧均设置有固定螺栓12，所述触点与应变片上片3之间由弹簧101传导压力，所述应变片下片311由基片312、电阻丝313、覆盖层314、引出线315组成，且组成顺序从下往上为基片、电阻丝、覆盖层、引出线正负极分别与电阻丝两端相连，电阻丝厚度在0.005-0.01mm之间，优选0.075mm，宽度在0.02-0.05mm之间，优选0.035mm，盘曲成适当形状，优选适当形状为迂回盘折状、鱼骨盘折状；应变片下片的引出线两端接入四电阻单臂桥电路作为应变电阻，所述四电阻单臂桥电路的电压值由载荷传感器感应以体现载荷变化，载荷传感器4前方与固定螺栓12对应位置处的外壳6上设置有固定孔，且载荷传感器4的使用温度范围为零下40℃-85℃，固定座11设置为滑动式结构，且固定座11设置为“凸”形结构，设置为滑动式结构便于调节载荷保护装置固定结构的大小，从而适用多种尺寸的机械手，提高使用的灵活性，另外，设置为“凸”形结构利于将固定座11与外壳6相连接，从而将该保护装置固定在机械手上。

机械手的载荷保护方法，其利用如前所述的机械手的载荷保护装置以进行，其特征在于：1)固定螺栓拆除步骤：将固定螺栓12从外壳6上的固定孔处拆下，从而将固定座11从安装槽10内取出，使得触点(1)和应变片上片(3)可以活动；2)机械手限位步骤：将安装槽10合在机械爪的受力处，并且将触点1贴在其表面，并保证两侧设置的触点1都基本平等地承受机械爪的压力，按照事先设定的初始载荷值进行调节，观察重量显示单元(14)中的显示值，待其符合事先设定的初始载荷值，并且显示两侧的应变片下片传回的电压值之间的差值小于某值，优选±0.005V；确定固定座11在安装槽10内的位置，并且利用固定螺栓12将固定座(11)固定；如果显示两侧的应变片下片传回的电压值之间的差值大于某值，优选±0.005V，继续调整载荷保护装置与机械爪的接触角度，直至显示两侧的应变片下片传回的电压值之间的差值小于±0.005V，结束步骤(2)；3)初始载荷调零单元步骤：保持步骤(2)中的固定状态不变，调节载荷保护装置至刚刚与机械爪接触的状态，调节载荷传感器返回的的显示数值为零，作为零点值；4)机械手监测步骤：当机械手抓取物品时，荷载变化引起载荷传感器4的应变改变时，应变片上片3的电阻发生改变的信号经放大、滤波、处理，传送到重量显示单元上，指示出载荷变化的信息，核对显示两侧的应变片下片传回的电压值之间的差值是否小于某值，优选±0.005V，如果不是，则继续调整载荷保护装置与机械爪的接触角度，直至显示两侧的应变片下片传回的电压值之间的差值小于某值，优选±0.005V，确定此时的载荷变化信息为确信的载荷变化的信息；5)触发核对步骤：当载荷传感器的应变改变时，接收步骤(4)得到的确信的载荷变化的信息，对于超过一定阈值的压力，将其信号传送给电压放大单元，电压放大单元将信号放大后传送给触发器，触发器将放大后的信号与重量控制单元中的报警器限值对比，当放大后的信号≥报警器限值时，发出提醒报警器发出警报。

工作原理：在使用该机械手的载荷保护装置之前，需要对整个载荷保护装置进行简单的结构了解，整个处理的过程大体上可以进行两个部分的划分，首先将固定螺栓12从外壳6上的固定孔处拆下，从而将固定座11从安装槽10内取出，再将安装槽10合在机械爪的受力处，并且将触点1贴在其表面，然后调节固定座11在安装槽10内的位置，并且利用固定螺栓12将其固定，当机械手抓取物品时，荷载变化引起载荷传感器4的应变改变时，应变片上片3的电阻发生改变的信号经放大、滤波、处理就能指示出荷载变化的信息。这里设计两个触点，能够体现出不同的荷载压感数值，可以指示出机械爪和装置之间是否是妥善地接触了，因为如果两个触点返回的压感数值差很多，则说明装置没有很好地垂直于机械爪的荷载部位平面，没有能够较好地反应荷载数值，这是现有技术中的简易装置所没有解决的问题。将触点的感应力用弹簧传递给应变片上片，再由应变片上片传递给应变片上片，其传递的效果也比触点直接接触应变片要好，力量传递均匀有效。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种机械手的载荷保护装置，包括载荷传感器(4)和后座(9)，其特征在于：所述载荷传感器(4)外侧安装有外壳(6)，且外壳(6)顶部安装有顶板(2)，所述顶板(2)两侧设置有触点(1)，触点由弹簧(101)传导压力至应变片上片(3)，且触点(1)下方的外壳(6)内部安装有应变片下片(311)，所述外壳(6)内侧设置有防撞块(5)，且外壳(6)底部安装有底板(7)，所述后座(9)内部安装有信号处理模块(8)，且载荷传感器(4)后方安装有后座(9)，所述载荷传感器(4)前方中部设置有安装槽(10)，且安装槽(10)前方安置有固定座(11)，所述固定座(11)两侧均设置有固定螺栓(12)；所述触点与应变片上片(3)之间由弹簧(101)传导压力，所述应变片下片(311)由基片(312)、电阻丝(313)、覆盖层(314)、引出线(315)组成，且组成顺序从下往上为基片、电阻丝、覆盖层、引出线正负极分别与电阻丝两端相连，电阻丝厚度在0.005-0.01mm之间，宽度在0.02-0.05mm之间，盘曲成适当形状；应变片下片的引出线两端接入四电阻单臂桥电路作为应变电阻，所述四电阻单臂桥电路的电压值由载荷传感器感应以体现载荷变化。

2.根据权利要求1所述的一种机械手的载荷保护装置，其特征在于：所述触点(1)设置有两个左触点和右触点，且左触点和右触点之间设置有安装槽(10)，所述应变片上片、弹簧、应变片下片也都是左右两个以配合；所述载荷传感器(4)与信号处理模块(8)、调零单元(13)、重量显示单元(14)、电压放大单元(15)、红灯(16)、触发器(17)、控制门单元(18)、报警器(19)、执行机构(20)、整流稳压器(21)、工作灯(22)、重量控制单元(23)、电源(24)和整流电源(25)之间连接方式设置为电性连接；所述重量显示单元具备两套显示回路，可以同时显示两个触点传送来的载荷压感电压数值。

3.根据权利要求1所述的一种机械手的载荷保护装置，其特征在于：所述载荷传感器(4)前方与固定螺栓(12)对应位置处的外壳(6)上设置有固定孔，且载荷传感器(4)的使用温度范围为零下40℃-85℃。

4.根据权利要求1所述的一种机械手的载荷保护装置，其特征在于：所述防撞块(5)材质设置为橡胶。

5.根据权利要求1所述的一种机械手的载荷保护装置，其特征在于：所述固定座(11)设置为滑动式结构，且固定座(11)设置为“凸”形结构。

6.一种机械手的载荷保护方法，其利用如权利要求2-5任一项所述的机械手的载荷保护装置以进行，其特征在于：

1)固定螺栓拆除步骤：将固定螺栓12从外壳6上的固定孔处拆下，从而将固定座11从安装槽10内取出，使得触点(1)和应变片上片(3)可以活动；

2)机械手限位步骤：将安装槽10合在机械爪的受力处，并且将触点1贴在其表面，并保证两侧设置的触点1都基本平等地承受机械爪的压力，按照事先设定的初始载荷值进行调节，观察重量显示单元(14)中的显示值，待其符合事先设定的初始载荷值，并且显示两侧的应变片下片传回的电压值之间的差值小于±0.005V；确定固定座11在安装槽10内的位置，并且利用固定螺栓12将固定座(11)固定；如果显示两侧的应变片下片传回的电压值之间的差值大于±0.005V，继续调整载荷保护装置与机械爪的接触角度，直至显示两侧的应变片下片传回的电压值之间的差值小于±0.005V，结束步骤(2)；

3)初始载荷调零单元步骤：保持步骤(2)中的固定状态不变，调节载荷保护装置至刚刚与机械爪接触的状态，调节载荷传感器返回的的显示数值为零，作为零点值；

4)机械手监测步骤：当机械手抓取物品时，荷载变化引起载荷传感器4的应变改变时，应变片上片3的电阻发生改变的信号经放大、滤波、处理，传送到重量显示单元上，指示出载荷变化的信息，核对显示两侧的应变片下片传回的电压值之间的差值是否小于±0.005V，如果不是，则继续调整载荷保护装置与机械爪的接触角度，直至显示两侧的应变片下片传回的电压值之间的差值小于±0.005V，确定此时的载荷变化信息为确信的载荷变化的信息；

5)触发核对步骤：当载荷传感器的应变改变时，接收步骤(4)得到的确信的载荷变化的信息，对于超过一定阈值的压力，将其信号传送给电压放大单元，电压放大单元将信号放大后传送给触发器，触发器将放大后的信号与重量控制单元中的报警器限值对比，当放大后的信号≥报警器限值时，发出提醒报警器发出警报。