CN218052617U - 一种防爆机器人及其压力监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种防爆机器人及其压力监测系统。通过进气管将符合预设区间的气压的保护性气体输送至第一支管和第二支管，第一支管将保护性气体输送至底座的腔体内，第二支管将保护性气体输送至第一机械臂的腔体内，保证底座和第一机械臂的腔体内不会因产生电火花而点燃空气中的爆炸物，并通过第一压力传感器检测底座的腔体的第一压力和第二压力传感器检测第一机械臂的腔体的第二压力，并在第一压力和/或第二压力未处于预设压力范围时，控制器控制防爆机器人停止工作，避免保护气体问题导致机器人点燃空气中的爆炸物，且由于本实用新型气路简单，接口少，因此，本实用新型能够有效降低保护性气体泄漏风险。

Description

一种防爆机器人及其压力监测系统

技术领域

本实用新型涉及机器人技术领域，具体为一种防爆机器人及其压力监测系统。

背景技术

工业机器人作为可广泛应用与各种工业领域的机器装置，需要适应各种复杂和危险的工作环境，进而代替人类稳定安全的完成预设任务。在常见的危险环境中，爆炸性环境属于比较常见的一种，其具体可分为两类：当大气条件下存在气体或蒸汽的可燃物质，被点燃后能够保持燃烧时，称为爆炸性气体环境；而当大气条件下存在粉尘、纤维或飞絮状可燃物质，被点燃后能够保持燃烧时，则称为爆炸性粉尘环境。当工业机器人被用于喷涂、焊接和抛光打磨等场景时，所处环境就可能包含可燃性气体、粉尘等，此时机器人所处的环境就属于典型的爆炸性气体环境。当机器人处在爆炸性气体环境时，由于机器人本身存在传感器和电机等带电部件，如果产生电火花则会点燃空气中的爆炸物，造成人员和经济损失。为安全和经济的解决这一问题，亟需一套机器人的压力监测系统，实现机器人在符合安全的条件下运行。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种防爆机器人及其压力监测系统，以解决现有机器人的压力监测系统中需要多个电磁阀、流量计和气压计等构成封闭气路才能完成气压检测，以及由于气路接口多，线路复杂导致保护性气体出现泄漏的问题。

为实现上述目的，本实用新型实施例提供如下技术方案：

本实用新型第一方面公开了一种防爆机器人的压力监测系统，防爆机器人至少包括底座和第一机械臂，底座和第一机械臂均具有腔体结构；

防爆机器人的压力监测系统包括：进气管、第一支管、第二支管、第一压力传感器、第二压力传感器、信号转换模块和控制器；

进气管的出口分别与第一支管的进气口和第二支管的进气口连通，进气管用于将符合预设区间的气压的保护性气体输送至第一支管和第二支管；

第一支管的出气口设置于底座的腔体内，第二支管的出气口设置于第一机械臂的腔体内；

第一压力传感器用于采集底座的腔体的第一压力；

第二压力传感器用于采集第一机械臂的腔体的第二压力；

控制器通过信号转换模块与第一压力传感器和第二压力传感器相连，控制器能够在第一压力和/或第二压力未处于预设压力范围时控制防爆机器人停止工作。

优选的，信号转换模块，包括：第一安全栅、第二安全栅和IO模块；

第一压力传感器通过第一安全栅与IO模块的输入端相连；

第二压力传感器通过第二安全栅与IO模块的输入端相连；

IO模块的输出端与控制器相连。

优选的，还包括：第一泄压阀和/或第二泄压阀；其中，第一泄压阀设置于底座的外壁，且第一泄压阀的进气端与底座的腔体连通；第二泄压阀设置于第一机械臂的外壁，且第二泄压阀的进气端与第一机械臂的腔体连通。

优选的，第一泄压阀和/或第二泄压阀为弹簧式安全阀。

优选的，还包括：减压阀；

减压阀设置于气源与进气管之间，减压阀用于将气源输送的保护性气体的气压减至预设气压。

优选的，还包括：与控制器连接的示教器。

优选的，还包括：电源系统；

电源系统用于向信号转换模块和控制器供电。

优选的，还包括：第一反馈管和第二反馈管；

第一压力传感器和第二压力传感器设置于底座；

第一反馈管的第一端与底座的腔体连通，第一反馈管的第二端与第一压力传感器相连，第一压力传感器通过第一反馈管采集底座的腔体的第一压力；

第二反馈管的第一端与第一机械臂的腔体连通，第二反馈管的第二端与第二压力传感器相连，第二压力传感器通过第二反馈管采集第一机械臂的腔体的第一压力。

本实用新型第二方面公开了一种防爆机器人，包括：本实用新型第一方面公开的防爆机器人的压力监测系统。

本实用新型公开了一种防爆机器人及其压力监测系统，通过进气管的出口分别与第一支管的进气口和第二支管的进气口连通，第一支管的出气口设置在底座的腔体内，第二支管的出气口设置在第一机械臂的腔体内，以及控制器通过信号转换模块与第一压力传感器和第二压力传感器相连，本实用新型可通过进气管将符合预设区间的气压的保护性气体输送至第一支管和第二支管，第一支管将保护性气体输送至底座的腔体内，第二支管将保护性气体输送至机械臂的腔体内，保证底座和第一机械臂的腔体内不会因产生电火花而点燃空气中的爆炸物，并通过第一压力传感器实时检测底座的腔体的第一压力和第二压力传感器实时检测第一机械臂的腔体的第二压力，并在第一压力和/或第二压力未处于预设压力范围时，控制器控制防爆机器人停止工作，进而避免保护气体问题导致机器人点燃空气中的爆炸物，且由于本实用新型气路简单，接口少，因此，本实用新型能够有效降低保护性气体泄漏风险。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种防爆机器人的压力监测系统的气路结构示意图；

图2为实用新型实施例提供的一种防爆机器人的压力监测系统的电气结构示意图。

其中，机器人10，底座11，第一机械臂12，进气管13，第一支管14，第二支管15，第三支管16，第一反馈管17，第二反馈管18，第三反馈管19，第一压力传感器20，第二压力传感器21，第三压力传感器22，第一泄压阀23、第二泄压阀24，第三泄压阀25，第一安全栅261、第二安全栅262、第三安全栅263、IO模块264，控制器27，减压阀28，电源系统29，示教器30。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例提供一种防爆机器人的压力监测系统，参见图1和图2，图1为防爆机器人的压力监测系统的结构示意图，防爆机器人10至少包括底座11和第一机械臂12，底座11和第一机械臂12均具有腔体结构；

防爆机器人的压力监测系统包括：进气管13、第一支管14、第二支管15、第一反馈管17、第二反馈管18、第一压力传感器20、第二压力传感器21、信号转换模块和控制器27；

进气管13的出口分别与第一支管14的进气口和第二支管15的进气口连通，进气管13用于将符合预设区间的气压的保护性气体输送至第一支管14和第二支管15；

第一支管14的出气口设置于底座11的腔体内，第二支管15的出气口设置于第一机械臂12的腔体内；

第一压力传感器20用于采集底座11的腔体的第一压力；

第二压力传感器21用于采集第一机械臂12的腔体的第二压力；

控制器27通过信号转换模块与第一压力传感器20和第二压力传感器21相连，控制器27能够在第一压力和/或第二压力未处于预设压力范围时控制防爆机器人10停止工作。

需要说明的是，进气管13的出口分别与第一支管14的进气口和第二支管15的进气口连通，第一支管14的出气口设置在底座11的腔体内，第二支管15的出气口设置在第一机械臂12的腔体内，进而进气管13能够通过第一支管14向底座11的腔体内输送气体，以及通过第二支管15向第一机械臂12的腔体内输送气体，然后通过第一压力传感器20检测底座11的腔体的第一压力，以及通过第二压力传感器21检测第一机械臂12的腔体的第二压力，由于第一压力传感器20和第二压力传感器21能够根据不同压力大小向信号转换模块输送不同电压值，信号转换模块将接收到的电压值转换成控制器27能够读取的模拟信号，因此，当底座11的腔体内的第一压力和/或第一机械臂12的第二压力不在预设压力范围内时，控制器27则会控制控制防爆机器人10停止工作，进而避免因底座11和/或第一机械臂12的腔体内的压力不符合预设压力范围而导致机器人点燃空气中的爆炸物。

本实用新型通过进气管13的出口分别与第一支管14的进气口和第二支管15的进气口连通，第一支管14的出气口设置在底座11的腔体内，第二支管15的出气口设置在第一机械臂12的腔体内，控制器27通过信号转换模块与第一压力传感器20和第二压力传感器21相连，本实用新型可通过进气管13将符合预设区间的气压的保护性气体输送至第一支管14和第二支管15，第一支管14将保护性气体输送至底座11的腔体内，第二支管15将保护性气体输送至第一机械臂12的腔体内，保证底座11和第一机械臂12的腔体内不会因产生电火花而点燃空气中的爆炸物，并通过第一压力传感器20实时检测底座11的腔体的第一压力，以及通过第二压力传感器21实时检测第一机械臂12的腔体的第二压力，并在第一压力和/或第二压力未处于预设压力范围时，控制器27控制防爆机器人10停止工作，进而避免保护气体问题导致机器人10点燃空气中的爆炸物，本实用新型气路简单，接口少，能够有效降低保护性气体泄漏风险。

优选的，第一支管14、第二支管15、第一反馈管17和第二反馈管18均为PVC气管。

具体的，信号转换模块，包括：第一安全栅261、第二安全栅262和IO模块264；

第一压力传感器20通过第一安全栅261与IO模块264的输入端相连；

第二压力传感器21通过第二安全栅262与IO模块264的输入端相连；

IO模块264的输出端与控制器27相连。

需要说明的是，第一安全栅261和第二安全栅262为第一压力传感器20和第二压力传感器21的配套部件，第一安全栅261能够为第一压力传感器20供电，且能够通过内部电路将第一压力传感器20的输出电压值转换为控制器27可读取的电压信号格式，而第二安全栅262也能够为第二压力传感器21供电，并且能够通过内部电路将第二压力传感器21的输出电压值转换为控制器27可读取的电压信号格式。

IO模块264为物理接口的转换器，能够将第一安全栅261和第二安全栅262的输出端子转换为可接入控制器27的端子和延长线，最后接入控制器27的IO端子。

进一步，防爆机器人的压力监测系统，还包括：第一泄压阀23和/或第二泄压阀24；其中，第一泄压阀23设置于底座11的外壁，且第一泄压阀23的进气端与底座11的腔体连通；第二泄压阀24设置于第一机械臂12的外壁，且第二泄压阀24的进气端与第一机械臂12的腔体连通。

需要说明的是，通过在底座11的外壁设置第一泄压阀23，并使第一泄压阀23的进气端与底座11的腔体连通，当气源提供的保护性气体的压力过大时，且在底座11的腔体内的保护性气体的气压大于预设值时，第一泄压阀23能够自动打开，使底座11的腔体内的气体排出至大气，进而降低底座11的腔体内的压力，有效避免气压过大导致底座11的腔室内的零部件受损。而通过在第一机械臂12的外壁设置第二泄压阀24，并使第二泄压阀24的进气端与第一机械臂12的腔体连通，当气源提供的保护性气体的压力过大时，在第一机械臂12的腔体内的保护性气体的气压大于预设值时，第二泄压阀24能够自动打开，使第一机械臂12的腔体内的气体排出至大气，进而降低第一机械臂12的腔体内的压力，有效避免气压过大导致第一机械臂12的腔室内的零部件受损。

还需要说明的是，第一泄压阀23和第二泄压阀24可通过电磁阀等类似阀体进行替代，以实现底座11的腔体内压力过大时，能够及时降低底座11的腔体内的压力，以及实现第一机械臂12的腔体内压力过大时，能够及时降低第一机械臂12的腔体内的压力。

具体的，第一泄压阀23和/或第二泄压阀24为弹簧式安全阀。

需要说明的是，第一泄压阀23和/或第二泄压阀24可以为弹簧式安全阀，也可以为杠杆式安全阀，本领域技术人员可根据需求进行选择。

进一步，防爆机器人10的压力监测系统，还包括：减压阀28；

减压阀28设置于气源与进气管13之间，减压阀28用于将气源输送的保护性气体的气压减至预设气压。

需要说明的是，减压阀28是气路压力调整部件，能够保证出口端的压力稳定，即当输入端的压力大于预设气压时，减压阀28通过自身内部泄压，使输出端压力仍可以保持预设气压，因此，本实用新型通过在进气管13与气源之间设置减压阀28，能够有效保证进入进气管13的保护性气体的气压不会大于预设气压，避免底座11和/或第一机械臂12的腔体内气压过大导致腔体内零部件受损。

还需要说明的是，减压阀28可以通过溢流阀和流量阀进行替代，进而使进入进气管13的保护性气体的气压在预设气压范围内。

进一步，防爆机器人10的压力监测系统，还包括：与控制器27连接的示教器30。

需要说明的是，示教器30为运行人机交互界面，是操作者与机器人10交互的载体，可用于向机器人10下达运动指令和接收机器人10的各种反馈信息，方便工作人员实时了解底座11和第一机械臂12的腔体内的气体压力。

进一步，防爆机器人10的压力监测系统，还包括：电源系统29；

电源系统29用于向信号转换模块和控制器27供电。

需要说明的是，通过设置用于向信号转换模块和控制器27供电的电源系统29，能够保证信号转换模块和控制器27能够正常工作，进而能够在底座11和/或第一机械臂12的腔体内的气压大于预设值时，控制器27能够及时控制机器人10停止工作，保证机器人10不会因保护性气体压力过大而导致底座11和/或第一机械臂12的腔体内零部件受损。

值得注意的是，本实用新型的信号转换模块、控制器27、气压、电源系统29和示教器30均设置于安全区，也就是无爆炸风险的区域，即非爆炸性环境。

进一步，防爆机器人的压力监测系统，还包括：第一反馈管17和第二反馈管18；

第一压力传感器20和第二压力传感器21设置于底座11；

第一反馈管17的第一端与底座11的腔体连通，第一反馈管17的第二端与第一压力传感器20相连，第一压力传感器20通过第一反馈管17采集底座11的腔体的第一压力；

第二反馈管18的第一端与第一机械臂12的腔体连通，第二反馈管18的第二端与第二压力传感器21相连，第二压力传感器21通过第二反馈管18采集第一机械臂12的腔体的第一压力。

需要说明的是，通过设置第一反馈管17和第二反馈管，并将第一反馈管17的第一端与底座11的腔体连通，第一反馈管17的第二端与第一压力传感器20相连，第二反馈管18的第一端与第一机械臂12的腔体连通，第二反馈管18的第二端与第二压力传感器21相连，进而可以将第一压力传感器20和第二压力传感器21设置在底座11或者其他位置(如第一机械臂12内)，第一压力传感器20都能够采集到底座11的腔体的第一压力，第二压力传感器21都能够采集到第一机械臂12的第二压力，但在本实用新型中，优选将第一压力传感器20和第二压力传感器21设置在底座11。

基于上述提供的防爆机器人的压力监测系统，本实用新型实施例还提供了一种防爆机器人，所述防爆机器人包括：压力监测系统；

需要说明的是，进气管13的出口分别与第一支管14的进气口和第二支管15的进气口连通，第一支管14的出气口设置在底座11的腔体内，第二支管15的出气口设置在第一机械臂12的腔体内，进而进气管13能够通过第一支管14向底座11的腔体内输送气体，以及通过第二支管15向第一机械臂12的腔体内输送气体，然后通过第一压力传感器20检测底座11的腔体的第一压力，以及通过第二压力传感器21检测第一机械臂12的腔体的第二压力，第一压力传感器20和第二压力传感器21根据不同压力大小向信号转换模块输送不同电压值，信号转换模块将接收到的电压值转换成控制器27能够读取的模拟信号，因此，当底座11的腔体内的第一压力和/或第一机械臂12的第二压力不在预设压力范围内时，控制器27则会控制控制防爆机器人10停止工作，进而避免因底座11和/或第一机械臂12的腔体内的压力不符合预设压力范围而导致机器人点燃空气中的爆炸物。

本实用新型通过进气管13的出口分别与第一支管14的进气口和第二支管15的进气口连通，第一支管14的出气口设置在底座11的腔体内，第二支管15的出气口设置在第一机械臂12的腔体内，控制器27通过信号转换模块与第一压力传感器20和第二压力传感器21相连，本实用新型可通过进气管13将符合预设区间的气压的保护性气体输送至第一支管14和第二支管15，第一支管14将保护性气体输送至底座11的腔体内，第二支管15将保护性气体输送至第一机械臂12的腔体内，保证底座11和第一机械臂12的腔体内不会因产生电火花而点燃空气中的爆炸物，并通过第一压力传感器20实时检测底座11的腔体的第一压力，以及通过第二压力传感器21实时检测第一机械臂12的腔体的第二压力，并在第一压力和/或第二压力未处于预设压力范围时，控制器27控制防爆机器人10停止工作，进而避免保护气体问题导致机器人10点燃空气中的爆炸物，本实用新型气路简单，接口少，能够有效降低保护性气体泄漏风险。

为了便于理解上述方案，结合图1和图2，下面对本方案作进一步介绍。

防爆机器人10多为6个自由度串联机器人10，即在6个关节处各安装有一台电机(包含编码器)，电机驱动减速器从而实现关节的运动。电机接收来自控制柜内的控制器27指令并执行。作为防爆型机器人10，本体内根据实际空间，划分为底座11的腔体、大机械臂12(即第一机械臂12)的腔体和小机械臂的腔体。

底座11作为工业机器人10的接口子部件，底座11的腔体内装有1个减压阀28、3个压力传感器(即第一压力传感器20，第二压力传感器21和第三压力传感器22)，若干气路，同时也装有气路接口和线缆接口，气路接口对外与气源连接，为内部提供持续的正压保护性气体，并通过3个通气回路(即第一支管14，第二支管15和第三支管16)为底座11的腔体、大机械臂12的腔体和小机械臂的腔体供气。线缆接口一方面与外部设备连接，比如通过重载线(为电机与控制柜的控制器27的通信提供物理介质)与控制柜的控制器27连接，接收和反馈机器人10运动和状态信息。另一方面通过信号线与信号转换模块连接，反馈内部压力传感器的采集到的压力信息。

防爆机器人10气路运行原理：

保护性气体的气源(供气系统)首先通过减压阀28，通过减压阀28将保护性气体的压力降低至机器人10正常工作的范围内后，保护性气体接入机器人10的底座11的腔体内。在底座11的腔体内，进气管13被分开为3路进气气路气管(即第一支管14，第二支管15和第三支管16)，然后保护性气体分别进入底座11的腔体、大机械臂12的腔体和小机械臂的腔体，同时在这3个腔体的远离进气管13位置，设置有反馈气路气管(即第一反馈管17，第二反馈管18和第三反馈管19)反向连接至底座11内的3个压力传感器(即第一压力传感器20，第二压力传感器21和第三压力传感器22)，实现底座11的腔体、大机械臂12的腔体和小机械臂的腔体内的压力监测功能。在底座11的腔体、大机械臂12的腔体和小机械臂的腔体的外壁，设置有泄压阀(即第一泄压阀23、第二泄压阀24和第三泄压阀25)，当入口减压阀28失效导致内部压力过高、超过安全阈值时，泄压阀自动打开排出高压，保证本体内部安全。

防爆机器人10电路运行原理：

当供气系统供气正常时，机器人10内部气压在正常的工作范围内，3个压力传感器(即第一压力传感器20，第二压力传感器21和第三压力传感器22)输出的压力值通过安全栅、IO模块264、IO接口被控制柜的控制器27读取。控制器27判断此时一切工况正常，为机器人10供电，机器人10正常运动，示教器30上显示正常运动信息。

当供气系统供气不正常、减压阀28工作异常、本体异常泄露等情况，机器人10的内部气压值会高于或低于正常工作范围，此时压力传感器信号监测的压力值仍然传回到控制柜的控制器27端，控制器27通过判断此时状态异常，然后控制器27断开机器人10的供电，并在示教器30显示报警，提示用户排查故障。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种防爆机器人的压力监测系统，其特征在于，所述防爆机器人至少包括底座和第一机械臂，所述底座和所述第一机械臂均具有腔体结构，所述防爆机器人的压力监测系统包括：进气管、第一支管、第二支管、第一压力传感器、第二压力传感器、信号转换模块和控制器；

所述进气管的出口分别与所述第一支管的进气口和第二支管的进气口连通，所述进气管用于将符合预设区间的气压的保护性气体输送至所述第一支管和所述第二支管；

所述第一支管的出气口设置于所述底座的腔体内，所述第二支管的出气口设置于所述第一机械臂的腔体内；

所述第一压力传感器用于采集所述底座的腔体的第一压力；

所述第二压力传感器用于采集所述第一机械臂的腔体的第二压力；

所述控制器通过所述信号转换模块与所述第一压力传感器和所述第二压力传感器相连，所述控制器能够在所述第一压力和/或所述第二压力未处于预设压力范围时控制防爆机器人停止工作。

2.根据权利要求1所述的压力监测系统，其特征在于，所述信号转换模块，包括：第一安全栅、第二安全栅和IO模块；

所述第一压力传感器通过所述第一安全栅与所述IO模块的输入端相连；

所述第二压力传感器通过所述第二安全栅与所述IO模块的输入端相连；

所述IO模块的输出端与所述控制器相连。

3.根据权利要求1所述的压力监测系统，其特征在于，还包括：第一泄压阀和/或第二泄压阀；其中，所述第一泄压阀设置于所述底座的外壁，且所述第一泄压阀的进气端与所述底座的腔体连通；所述第二泄压阀设置于第一机械臂的外壁，且所述第二泄压阀的进气端与所述第一机械臂的腔体连通。

4.根据权利要求3所述的压力监测系统，其特征在于，所述第一泄压阀和/或所述第二泄压阀为弹簧式安全阀。

5.根据权利要求1所述的压力监测系统，其特征在于，还包括：减压阀；

所述减压阀设置于气源与进气管之间，所述减压阀用于将气源输送的保护性气体的气压减至所述预设气压。

6.根据权利要求1所述的压力监测系统，其特征在于，还包括：与所述控制器连接的示教器。

7.根据权利要求1所述的压力监测系统，其特征在于，还包括：电源系统；

所述电源系统用于向所述信号转换模块和所述控制器供电。

8.根据权利要求1所述的压力监测系统，其特征在于，还包括：第一反馈管和第二反馈管；

所述第一压力传感器和所述第二压力传感器设置于所述底座；

所述第一反馈管的第一端与所述底座的腔体连通，所述第一反馈管的第二端与所述第一压力传感器相连，所述第一压力传感器通过所述第一反馈管采集所述底座的腔体的第一压力；

所述第二反馈管的第一端与所述第一机械臂的腔体连通，所述第二反馈管的第二端与所述第二压力传感器相连，所述第二压力传感器通过所述第二反馈管采集所述第一机械臂的腔体的第一压力。

9.一种防爆机器人，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的压力监测系统。

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