CN108081317B - 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，包括载荷传感器和后座，其特征在于：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，触点由弹簧传导压力至应变片上片，且触 点下方的外壳内部安装有应变片下片，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；所述触点与应变片上片之间由弹簧传导 压力，所述应变片下片由基片、电阻丝、覆盖层、引出线组成，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；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：所述触点设置有左触点和右触点，且左触点和 右触点之间设置有安装槽，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：所述载荷传感器与信号处理模块、调零单元、 重量显示单元、电压放大单元、红灯、触发器、控制门单元、报警器、执行机构、整流稳压器、工作灯、 重量控制单元、电源和整流电源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：所述载荷传感器前方与固定螺栓对应位置处的 外壳上设置有固定孔，且载荷传感器的使用温度范围为-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：所述固定座设置为滑动式结构，且固定座设置 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，使得触点和应变片上片可以活动；(2)机械手限位步骤：将安装槽10合在机械手的受力 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手的压力，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手的接触角度，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 置至刚刚与机械手接触的状态，调节载荷传感器返回的显示数值为零，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手的接触角 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手，并且在感测压力时考虑两个 触点传递出来的压力差，这样避免了机械手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为本发明传感器结构示意图。

图中：1、触点，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1-4，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4、应变片下片311、基片312、电阻丝313、覆盖层314、引出线315、 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之间设置有所述安装槽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，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-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合在机械手的受力处，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手的压力，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手的接触角度，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手接触的状态，调节载荷传感器返回的显示数值为零，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 与机械手的接触角度，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；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，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合在机械手的受力处，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，可以指示出机械手和装 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 机械手的荷载部位平面，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下片，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 (1)

1.一种机械手的载荷保护方法，其利用机械手的载荷保护装置以进行，其特征在于：

载荷保护装置包括载荷传感器(4)和后座(9)，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，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；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；所述触点(1)设置有左触点和右触点，且左触点和右触点之间设置有所述安装槽(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；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-40℃-85℃；所述防撞块(5)材质设置为橡胶；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；

所述载荷保护方法步骤如下：

(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)合在机械手的受力处，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手的压力，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手的接触角度，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手接触的状态，调节载荷传感器返回的显示数值为零，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手的接触角度，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；

(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，提醒报警器发出警报。

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