CN111098331B - 一种可实时检测关节磨损程度的工业机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可实时检测关节磨损程度的工业机器人，属于机器人领域，一种可实时检测关节磨损程度的工业机器人，通过定点检测层的设置，首先在预提醒层内抗磨颗粒的作用下，可以有效延缓关节处发生磨损的时间，并且当关节处磨损后，受损部位的关节头和关节窝中的一个或两个会发生凹陷的形变，使得同一平衡检测层内的两个压力传感器所检测到的压力数据会失去平衡，产生一定的压力差，可以根据压力差的大小判断磨损情况，同时也可以判断磨损点，同时控制系统接收到磨损的信号后，可以控制尖刺刺破磨损点临近的双效链刺破，一方面有效抑制磨损现象的继续扩大，另一方面可以从视觉上提醒工作人员及时进行维护保养，延长使用寿命。

Description

一种可实时检测关节磨损程度的工业机器人

技术领域

本发明涉及机器人领域，更具体地说，涉及一种可实时检测关节磨损程度的工业机器人。

背景技术

机器人（Robot）是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。

机器人一般由执行机构、驱动装置、检测装置和控制系统和复杂机械等组成。

执行机构即机器人本体，其臂部一般采用空间开链连杆机构，其中的运动副（转动副或移动副）常称为关节，关节个数通常即为机器人的自由度数；驱动装置是驱使执行机构运动的机构，按照控制系统发出的指令信号，借助于动力元件使机器人进行动作。它输入的是电信号，输出的是线、角位移量；检测装置是实时检测机器人的运动及工作情况，根据需要反馈给控制系统，与设定信息进行比较后，对执行机构进行调整，以保证机器人的动作符合预定的要求；控制系统，一种是集中式控制，即机器人的全部控制由一台微型计算机完成。另一种是分散（级）式控制，即采用多台微机来分担机器人的控制，如当采用上、下两级微机共同完成机器人的控制时，主机常用于负责系统的管理、通讯、运动学和动力学计算，并向下级微机发送指令信息；作为下级从机，各关节分别对应一个CPU，进行插补运算和伺服控制处理，实现给定的运动，并向主机反馈信息。

工业机器人机械臂在使用过程中，需要不断的进行转动，且每天的转动频率极高，因而机器人关节处的磨损现象普遍较为严重，因而机器人关节处需要定期进行保养，然而在这种情况下，在两次保养间隔内仍然存在磨损的问题，并且工作人员很难及时发现，导致在定期保养时，磨损已经发生，造成机器人关节处使用寿命受损。

发明内容

1．要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种可实时检测关节磨损程度的工业机器人，它通过定点检测层的设置，首先在预提醒层内抗磨颗粒的作用下，可以有效延缓关节处发生磨损的时间，并且当关节处磨损后，受损部位的关节头和关节窝中的一个或两个会发生凹陷的形变，使得同一平衡检测层内的两个压力传感器所检测到的压力数据会失去平衡，产生一定的压力差，可以根据压力压力差的大小判断磨损情况，同时也可以判断磨损点，同时控制系统接收到磨损的信号后，可以控制尖刺刺破磨损点临近的双效链刺破，一方面有效抑制磨损现象的继续扩大，另一方面可以从视觉上提醒工作人员及时进行维护保养，延长使用寿命。

2．技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种可实时检测关节磨损程度的工业机器人，包括机器人本体、安装在机器人本体上的控制系统以及数据采集模块，所述数据采集模块与控制系统信号连接，所述机器人本体上连接有机械手，所述机械手包括关节窝，所述关节窝外活动连接有关节头，所述关节窝内壁设有定点检测层，所述定点检测层包括多个相间分布的平衡检测层和预提醒层，所述平衡检测层和预提醒层固定连接，所述平衡检测层靠近关节头的一端设有应力感知层，所述应力感知层包括镶嵌在平衡检测层表面的直接受力层以及固定连接在直接受力层底部的力传递层，所述数据采集模块位于力传递层远离直接受力层的一侧，且数据采集模块镶嵌在平衡检测层内部，可以通过定点检测层的设置，首先在预提醒层内抗磨颗粒的作用下，可以有效延缓关节处发生磨损的时间，并且当关节处磨损后，受损部位的关节头和关节窝中的一个或两个会发生凹陷的形变，使得同一平衡检测层内的两个压力传感器所检测到的压力数据会失去平衡，产生一定的压力差，可以根据压力压力差的大小判断磨损情况，同时也可以判断磨损点，同时控制系统接收到磨损的信号后，可以控制尖刺刺破磨损点临近的双效链刺破，一方面有效抑制磨损现象的继续扩大，另一方面可以从视觉上提醒工作人员及时进行维护保养，延长使用寿命。

进一步的，所述数据采集模块在力传递层的一侧设置有两个，所述数据采集模块包括安装在平衡检测层内的压力传感器以及固定连接在力传递层上的压力触点，所述压力传感器与控制系统信号连接，通过两个对称的压力传感器的设置，当关节头和关节窝之间发生磨损时，受损部位的关节头和关节窝中的一个或两个会发生凹陷的形变，使得同一平衡检测层内的两个压力传感器所检测到的压力数据会失去平衡，产生一定的压力差，可以根据压力压力差的大小判断磨损情况，同时也可以判断磨损点。

进一步的，所述压力触点表面为弧形结构，所述压力传感器与压力触点之间相互接触，且压力传感器和压力触点之间不受力作用，使得直接受力层和力传递层在不受到关节头的力的情况下，压力传感器上不会检测到或者检测到较小的压力，进而有效保证压力传感器上压力值对于磨损情况判断的准确性。

进一步的，所述预提醒层内部开凿有自润滑腔，所述自润滑腔内填充有抗磨颗粒，所述自润滑腔上方腔口处固定连接有通透层，机器人在工作过程中，关节头和关节窝会不断发生转动，进而使的抗磨颗粒会落入到关节头和关节窝之间的间隙，进而达到保护二者不易被磨损的情况，从而有效延长二者被磨损的时间，提高使用寿命。

进一步的，所述通透层内部镶嵌有双效链，所述双效链下方设有带有弹射机构的尖刺，所述弹射机构与控制系统信号连接，当同一个平衡检测层内的两个压力传感器之间差值失衡即发生磨损后，会将信号反馈给控制系统，此时控制系统控制弹射机构进行弹射的动作，进而使得尖刺弹出并将双效链刺破，一方面有效抑制磨损的继续进行，另一方面可以从视觉上提醒工作人员机器人关节处磨损较为严重，从而使得工作人员可以及时进行维护保养，延长使用寿命。

进一步的，所述抗磨颗粒采用石墨烯制成，使得抗磨颗粒可以达到润滑机器人关节处的作用，进而降低磨损，所述预提醒层采用多孔的微格金属制成，微格金属质轻强度高且多孔，其既能保证抗磨颗粒的通过，同时不会影响关节窝的强度，且抗磨颗粒的粒径小于预提醒层孔隙直径。

进一步的，所述双效链包括连绳以及多个提醒抑制球，多个所述提醒抑制球均匀分布贯穿固定连接在连绳上。

进一步的，所述提醒抑制球靠近关节头的表面设有静电吸附层，所述静电吸附层由硅胶制成，硅胶具有强的静电吸附力，使得在机器人活动过程中进入到关节内的灰尘小颗粒能够被静电吸附层吸附，进而有效保证关节内部不易受到灰尘的影响，从而有效避免因灰尘而使得关节处活动不灵活甚至产生磨损的情况。

进一步的，所述提醒抑制球为内部填充有双效液体的硅橡胶球，且提醒抑制球厚度为0.5-1mm。

进一步的，所述双效液体为荧光液和润滑油的混合液体，且二者的混合比例为1:2-3，控制系统接收到同一个平衡检测层内两个压力传感器差值过大时，会控制尖刺刺破该平衡检测层临近的提醒抑制球，此时双效液体溢出进入到关节头和关节窝之间，由于其位于磨损处附近，因而可以对磨损处进行定点润滑的效果，从而达到抑制磨损持续扩大的效果。

3．有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

（1）本方案通过定点检测层的设置，首先在预提醒层内抗磨颗粒的作用下，可以有效延缓关节处发生磨损的时间，并且当关节处磨损后，受损部位的关节头和关节窝中的一个或两个会发生凹陷的形变，使得同一平衡检测层内的两个压力传感器所检测到的压力数据会失去平衡，产生一定的压力差，可以根据压力压力差的大小判断磨损情况，同时也可以判断磨损点，同时控制系统接收到磨损的信号后，可以控制尖刺刺破磨损点临近的双效链刺破，一方面有效抑制磨损现象的继续扩大，另一方面可以从视觉上提醒工作人员及时进行维护保养，延长使用寿命。

（2）数据采集模块在力传递层的一侧设置有两个，数据采集模块包括安装在平衡检测层内的压力传感器以及固定连接在力传递层上的压力触点，压力传感器与控制系统信号连接，通过两个对称的压力传感器的设置，当关节头和关节窝之间发生磨损时，受损部位的关节头和关节窝中的一个或两个会发生凹陷的形变，使得同一平衡检测层内的两个压力传感器所检测到的压力数据会失去平衡，产生一定的压力差，可以根据压力压力差的大小判断磨损情况，同时也可以判断磨损点。

（3）压力触点表面为弧形结构，压力传感器与压力触点之间相互接触，且压力传感器和压力触点之间不受力作用，使得直接受力层和力传递层在不受到关节头的力的情况下，压力传感器上不会检测到或者检测到较小的压力，进而有效保证压力传感器上压力值对于磨损情况判断的准确性。

（4）预提醒层内部开凿有自润滑腔，自润滑腔内填充有抗磨颗粒，自润滑腔上方腔口处固定连接有通透层，机器人在工作过程中，关节头和关节窝会不断发生转动，进而使的抗磨颗粒会落入到关节头和关节窝之间的间隙，进而达到保护二者不易被磨损的情况，从而有效延长二者被磨损的时间，提高使用寿命。

（5）通透层内部镶嵌有双效链，双效链下方设有带有弹射机构的尖刺，弹射机构与控制系统信号连接，当同一个平衡检测层内的两个压力传感器之间差值失衡即发生磨损后，会将信号反馈给控制系统，此时控制系统控制弹射机构进行弹射的动作，进而使得尖刺弹出并将双效链刺破，一方面有效抑制磨损的继续进行，另一方面可以从视觉上提醒工作人员机器人关节处磨损较为严重，从而使得工作人员可以及时进行维护保养，延长使用寿命。

（6）抗磨颗粒采用石墨烯制成，使得抗磨颗粒可以达到润滑机器人关节处的作用，进而降低磨损，预提醒层采用多孔的微格金属制成，微格金属质轻强度高且多孔，其既能保证抗磨颗粒的通过，同时不会影响关节窝的强度，且抗磨颗粒的粒径小于预提醒层孔隙直径。

（7）双效链包括连绳以及多个提醒抑制球，多个提醒抑制球均匀分布贯穿固定连接在连绳上。

（8）提醒抑制球靠近关节头的表面设有静电吸附层，静电吸附层由硅胶制成，硅胶具有强的静电吸附力，使得在机器人活动过程中进入到关节内的灰尘小颗粒能够被静电吸附层吸附，进而有效保证关节内部不易受到灰尘的影响，从而有效避免因灰尘而使得关节处活动不灵活甚至产生磨损的情况。

（9）提醒抑制球为内部填充有双效液体的硅橡胶球，且提醒抑制球厚度为0.5-1mm。

（10）双效液体为荧光液和润滑油的混合液体，且二者的混合比例为1:2-3，控制系统接收到同一个平衡检测层内两个压力传感器差值过大时，会控制尖刺刺破该平衡检测层临近的提醒抑制球，此时双效液体溢出进入到关节头和关节窝之间，由于其位于磨损处附近，因而可以对磨损处进行定点润滑的效果，从而达到抑制磨损持续扩大的效果。

附图说明

图1为本发明的正面的结构示意图；

图2为本发明的关节处的结构示意图；

图3为图2中A处的结构示意图；

图4为图3中B处的结构示意图；

图5为本发明的预提醒层的结构示意图；

图6为图5中C处的结构示意图；

图7为本发明的双效链的结构示意图。

图中标号说明：

1关节头、2关节窝、31平衡检测层、32预提醒层、41直接受力层、42力传递层、5压力传感器、6压力触点、7通透层、81提醒抑制球、82连绳、83静电吸附层、9尖刺。

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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

请参阅图1，一种可实时检测关节磨损程度的工业机器人，包括机器人本体、安装在机器人本体上的控制系统以及数据采集模块，数据采集模块与控制系统信号连接，机器人本体上连接有机械手，机械手包括关节窝2，关节窝2外活动连接有关节头1。

请参阅图2-3，关节窝2内壁设有定点检测层，定点检测层包括多个相间分布的平衡检测层31和预提醒层32，平衡检测层31和预提醒层32固定连接，平衡检测层31靠近关节头1的一端设有应力感知层，应力感知层包括镶嵌在平衡检测层31表面的直接受力层41以及固定连接在直接受力层41底部的力传递层42，数据采集模块位于力传递层42远离直接受力层41的一侧，且数据采集模块镶嵌在平衡检测层31内部，数据采集模块在力传递层42的一侧设置有两个，数据采集模块包括安装在平衡检测层31内的压力传感器5以及固定连接在力传递层42上的压力触点6，压力传感器5与控制系统信号连接，通过两个对称的压力传感器5的设置，当关节头1和关节窝2之间发生磨损时，受损部位的关节头1和关节窝2中的一个或两个会发生凹陷的形变，使得同一平衡检测层31内的两个压力传感器5所检测到的压力数据会失去平衡，产生一定的压力差，可以根据压力压力差的大小判断磨损情况，同时也可以判断磨损点，请参阅图4，压力触点6表面为弧形结构，压力传感器5与压力触点6之间相互接触，且压力传感器5和压力触点6之间不受力作用，使得直接受力层41和力传递层42在不受到关节头1的力的情况下，压力传感器5上不会检测到或者检测到较小的压力，进而有效保证压力传感器5上压力值对于磨损情况判断的准确性。

请参阅图5，预提醒层32内部开凿有自润滑腔，自润滑腔内填充有抗磨颗粒，自润滑腔上方腔口处固定连接有通透层7，抗磨颗粒采用石墨烯制成，使得抗磨颗粒可以达到润滑机器人关节处的作用，进而降低磨损，预提醒层32采用多孔的微格金属制成，微格金属质轻强度高且多孔，其既能保证抗磨颗粒的通过，同时不会影响关节窝2的强度，且抗磨颗粒的粒径小于预提醒层32孔隙直径，机器人在工作过程中，关节头1和关节窝2会不断发生转动，进而使的抗磨颗粒会穿过通透层7落入到关节头1和关节窝2之间的间隙，进而达到保护二者不易被磨损的情况，从而有效延长二者被磨损的时间，提高使用寿命，通透层7内部镶嵌有双效链，双效链下方设有带有弹射机构的尖刺9，弹射机构与控制系统信号连接，当同一个平衡检测层31内的两个压力传感器5之间差值失衡即发生磨损后，会将信号反馈给控制系统，此时控制系统控制弹射机构进行弹射的动作，进而使得尖刺9弹出并将双效链刺破，一方面有效抑制磨损的继续进行，另一方面可以从视觉上提醒工作人员机器人关节处磨损较为严重，从而使得工作人员可以及时进行维护保养，延长使用寿命。

请参阅图7，双效链包括连绳82以及多个提醒抑制球81，多个提醒抑制球81均匀分布贯穿固定连接在连绳82上，提醒抑制球81靠近关节头1的表面设有静电吸附层83，静电吸附层83由硅胶制成，硅胶具有强的静电吸附力，使得在机器人活动过程中进入到关节内的灰尘小颗粒能够被静电吸附层83吸附，进而有效保证关节内部不易受到灰尘的影响，从而有效避免因灰尘而使得关节处活动不灵活甚至产生磨损的情况，提醒抑制球81为内部填充有双效液体的硅橡胶球，且提醒抑制球81厚度为0.5-1mm，双效液体为荧光液和润滑油的混合液体，且二者的混合比例为1:2-3，控制系统接收到同一个平衡检测层31内两个压力传感器5差值过大时，会控制尖刺9刺破该平衡检测层31临近的提醒抑制球81，此时双效液体溢出进入到关节头1和关节窝2之间，由于其位于磨损处附近，因而可以对磨损处进行定点润滑的效果，从而达到抑制磨损持续扩大的效果。

可以通过定点检测层的设置，首先在预提醒层32内抗磨颗粒的作用下，可以有效延缓关节处发生磨损的时间，并且当关节处磨损后，受损部位的关节头1和关节窝2中的一个或两个会发生凹陷的形变，使得同一平衡检测层31内的两个压力传感器5所检测到的压力数据会失去平衡，产生一定的压力差，可以根据压力压力差的大小判断磨损情况，同时也可以判断磨损点，同时控制系统接收到磨损的信号后，可以控制尖刺9刺破磨损点临近的双效链刺破，一方面有效抑制磨损现象的继续扩大，另一方面可以从视觉上提醒工作人员及时进行维护保养，延长使用寿命。

以上所述；仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此；任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内；根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变；都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种可实时检测关节磨损程度的工业机器人，包括机器人本体、安装在机器人本体上的控制系统以及数据采集模块，其特征在于：所述数据采集模块与控制系统信号连接，所述机器人本体上连接有机械手，所述机械手包括关节窝（2），所述关节窝（2）外活动连接有关节头（1），所述关节窝（2）内壁设有定点检测层，所述定点检测层包括多个相间分布的平衡检测层（31）和预提醒层（32），所述平衡检测层（31）和预提醒层（32）固定连接，所述平衡检测层（31）靠近关节头（1）的一端设有应力感知层，所述应力感知层包括镶嵌在平衡检测层（31）表面的直接受力层（41）以及固定连接在直接受力层（41）底部的力传递层（42），所述数据采集模块位于力传递层（42）远离直接受力层（41）的一侧，且数据采集模块镶嵌在平衡检测层（31）内部；所述预提醒层（32）内部开凿有自润滑腔，所述自润滑腔内填充有抗磨颗粒，所述自润滑腔上方腔口处固定连接有通透层（7）；所述通透层（7）内部镶嵌有双效链，所述双效链下方设有带有弹射机构的尖刺（9），所述弹射机构与控制系统信号连接；所述抗磨颗粒采用石墨烯制成，所述预提醒层（32）采用多孔的微格金属制成，且抗磨颗粒的粒径小于预提醒层（32）孔隙直径；所述双效链包括连绳（82）以及多个提醒抑制球（81），多个所述提醒抑制球（81）均匀分布贯穿固定连接在连绳（82）上；所述提醒抑制球（81）靠近关节头（1）的表面设有静电吸附层（83），所述静电吸附层（83）由硅胶制成；所述提醒抑制球（81）为内部填充有双效液体的硅橡胶球，且提醒抑制球（81）厚度为0.5-1mm。

2.根据权利要求1所述的一种可实时检测关节磨损程度的工业机器人，其特征在于：所述数据采集模块在力传递层（42）的一侧设置有两个，所述数据采集模块包括安装在平衡检测层（31）内的压力传感器（5）以及固定连接在力传递层（42）上的压力触点（6），所述压力传感器（5）与控制系统信号连接。

3.根据权利要求2所述的一种可实时检测关节磨损程度的工业机器人，其特征在于：所述压力触点（6）表面为弧形结构，所述压力传感器（5）与压力触点（6）之间相互接触，且压力传感器（5）和压力触点（6）之间不受力作用。

4.根据权利要求1所述的一种可实时检测关节磨损程度的工业机器人，其特征在于：所述双效液体为荧光液和润滑油的混合液体，且二者的混合比例为1:2-3。

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