CN85103899A - 过载安全装置 - Google Patents

Abstract

过载安全装置，特别是用于具有机械手臂和机械手工具的工业机械手上的那种装置，通常都安装在机械手臂和机械工具之间。它具有一机械手凸缘和一工具凸缘，后者可相对于前者动作。机械手凸缘和工具凸缘可在它们承受压力介质作用的密封区之间，保持密封且配合动作。当压力介质中产生压力降时，一安全切断器即可启动。

Description

本发明涉及一种过载安全装置，特别是用于具有一机械手臂和一机械手工具的工业机械手的过载安全装置，此装置最好放置于机械手臂和机械手工具之间，它有一机械手凸缘和一工具凸缘，后者可相对于前者产生动作。

工作机，特别是工业机械手通常以相当高的速度运送多的、大的或重的物品。因而便存在有一种危险，特别是在运送枝

形零件的情况下，即零件的尺寸远远超过机械手的情况下，将可能使机械手在运送过程中与其他零件、机器或类似物件相碰撞。所以，在工具和机械手臂之间安装一超载安全装置（前述类型的），已成为一种标准作法，该装置同时还构成一个“预置切断点”。

在使用工业机械手时，随着杆臂，即机械手臂长度增大时，则在一给定功率的作用下，所述的机械手可能运送的最大载荷重量将随着减小。另外，机械手臂的重量也将减少工业机械手运送的载荷重量。这样，根据上述这些看法，并结合目前类型的过载安全装置，就对最小的轴向伸长量或结构深度以及最小重量提出了一些要求。

对一现存的过载安全装置来说，在机械手凸缘中装有一防撞电气开关，该开关与工具凸缘相距一段距离。当变动工具凸缘和机械手凸缘间的距离时，防撞电气开关对该变动作出反应并启动一安全切断装置。从前述的最小结构深度和最小重量要求来说，这种已知的过载安全装置的结构是不令人满意的。此种防撞电气开关很长，其重量相对整个过载安全装置重量的比例较大。再有，已知的过载安全装置工具凸缘的运动自由度是很有限的，因为它位于较长的防撞电气开关附近。然而，如果结构不如此复杂的话，则这种已知的过载安全装置的结构深度还可能增加不少。当工业机械手处于某种受力的情况下，例如可使工具凸缘倾斜的力，则带有防撞开关的工具凸缘结构极易于使过载安全装置毁坏。这就导致过载安全装置的使用受到限制。

作为电气开关元件，防撞开关常可由于电气故障而失效，因而需要替换掉这种防撞开关。即便防撞开关没有失效，导线也会出毛病，特别是在工业机械手连续运行的情况下。

所以，本发明的目的是提出一种过载安全装置，它具有最小的结构深度和最小的重量，但却具有广泛的用途，同时其工作可靠性较好。

此目的已第一次和从根本上实现了：机械手凸缘和工具凸缘在一承受压力介质作用的密封区域内即可保持密封性又可配合动作;当压力介质中产生压力降时，一安全切断器即可断开或启动。

这样，本发明的结构提供了一种不再需要安装防撞电气开关的过载安全装置。根据本发明，工具凸缘和机械手凸缘间的距离可以由二凸缘间的一个简单的密封区测定出来。密封区仅需要很有限的结构上的加工和加工费，特别是它仅有一有限的结构深度。此密封区所需要的结构上的改进减少了过载安全装置的重量。基本上仅需要加工出一些槽，有的其中可通过密封介质，有的装入密封圈。本发明所提供的过载安全装置的一个很突出优点是不需很多的维护。对前述的过载安全装置来说，防撞电气开关是可能失效的。对后者来说，由于它安装在机械手凸缘之中，就需要拆下整个过载安全装置以后才能替换掉。

“压力介质”一词应不受本发明的限制从它的最广泛的可能意义上进行理解，因此不一定需要以油、气体、水本身等作为压力介质。本发明采用一种装有压力介质的柔性管也获得了成功。

根据一较理想实施方案，如采用压缩空气作为压力介质，则提出的过载安全装置还显示出其他方面的优点，即在断开所述的装置时还可产生一种吹尘的作用。在断开过载安全装置时，压缩空气基本上是在径向方向上逸出来的，这样便可吹走密封区周围的尘粒或类似物。其结果是，不会有尘粒或其他物沉积在密封面上，这些东西降低密封性。

已知的过载安全装置的另一个缺点是对散件载荷缺乏适应性。该过载安全装置借助于一压缩弹簧将工具凸缘装在机械手凸缘上，弹簧的一端支承在安装螺栓支承凸缘上，而另一端则支承在机械手凸缘的支承凸缘上。这种弹簧在载荷仅超过一定值时，就使得工具凸缘和机械手凸缘之间产生相对运动。如果所加的载荷或应力不同时，例如，在工业机械手或工作机必须运送不同重量或不同尺寸的物品时，则只有通过更换压缩弹簧才可使过载安全装置适应于所加载荷的变化。然而，如果已知的过载安全装置处于这种情况时，则更换工作需化费相当的精力並造成长时间的停机。

根据具有独特特点的本发明说明，上述缺点是这样克服的，即安装螺栓可在工具凸缘中沿轴向运动並可根据选定的预加应力进行调整。安装的方式可有多种，例如，与工具凸缘相连的安装螺栓的端部可以加工出螺纹，螺栓的轴向位置可以借助于二彼此拧紧在一起的螺母进行调整。后面将对这种轴向可移动的安装支承物的最佳结构进行详细说明。

根据本发明说明，工具凸缘和机械手凸缘可以配合动作並保持密封，同时工具凸缘还可以相对于机械手凸缘作倾斜动作。根据本发明所作的进一步改进，为了适应上述各种动作，螺栓支承凸缘将其支承面制成一球形面，它与具有相应结构的支承环配合动作。支承环上装有压缩弹簧。当安装螺栓沿轴向运动时将导致支承环在支承面上产生一类似于球窝接头的运动。在这种情况下，安装螺栓与压缩弹簧的轴线（在正常状态时是重合的）彼此间将构成一角度。

安装螺栓的轴向移动和调整主要是通过下述方式而实现的，即在工具凸缘的工具侧。固定螺栓有一个调整端头，端头上加工有一隆起面;有一可沿径向运动的调整元件，其上加工有一与隆起面互补的调整面，为使安装螺栓产生轴向运动，调整元件与调整端头需配合动作。将调整元件沿径向安装即可对固定螺栓进行调整，同时仅对过载安全装置的结构深度产生最小的影响。为了调整和重装安装螺栓，元件的安装工作可从外面很容易地进行，而不需要将工具拆下来。已加工好的过载安全装置上有二调整元件，它们与固定螺栓的二调整面配合动作，调整面是在安装螺栓的横置端头上加工出来的。因此总体看来，安装螺栓呈T字形。

本发明的另一个特点是，即便在有扭力（即使工具凸缘相对于机械手凸缘产生转动的力）作用的情况下，为确保过载安全装置能作出可靠反应，在工具凸缘一侧，机械手凸缘上至少有一个分离凸轮，而在机械手凸缘一侧，工具凸缘上加工有一相对应的凹槽。已证实，将分离凸轮制成分离园柱是特别有利的，并按下述方法确定分离柱的位置：所述分离柱的纵向轴线指向机械手凸缘的中心点。使分离柱直径稍大于凹槽直径，这点非常重要。这样，就可以得到一明确限定的牢固的支承位置，它对磨损是不敏感的。

另一个减小磨损的措施也是很得力的，即过载安全装置易于起反应。根据这个措施，分离柱以稍微“埋头”的方式装置于机械手凸缘中。换句话说，分离柱的有效分离面周长小于πγ（γ为分离柱断面圆的半径）。这就使分离柱可产生一楔块效果，这将在后面详述。

虽然只有一个分离柱也可以获得前述的许多效果，而实际的结构却是装有几个分离柱且采用不对称分布方式。如果是对称分布的话，则当工具凸缘相对于机械手凸缘转动时，后者可能会“弹回”至它的原来位置上，而这作为工具的功能的话是不希望产生的。

从根本上来说，将分离柱装置于机械手凸缘中或工具凸缘中都是可以的，在这二种情况下，相对应的凹槽需在另一个凸缘中加工出来。然而，较理想的是将分离柱放置于机械手凸缘中，相对应的凹槽位于工具凸缘中，所以推荐这样做是因为工具凸缘总是相对于机械手凸缘运动的。从加工的角度看，所述分离柱的结构也是很有利的。在工具凸缘和机械手凸缘中都加工出凹槽，这样便可以使分离柱位于它们之中，并可以保证凸缘间的正常的相互定位。该圆柱形槽可以将二凸缘夹在一起加工出来，例如，钻出来，这样便可以确保这些半圆孔槽都是处在工具凸缘和机械手凸缘中的角度准确重合的位置上。

根据前面所作的说明，机械手凸缘和工具凸缘要加工制作得能配合动作再保持密封，按照一项专门的改进，密封区是以嵌入工具凸缘中的密封圈来实现密封的，从原理上讲，将这种办法反过来，即使密封圈嵌入在机械手凸缘中也是可以的。密封圈装置在工具凸缘的槽中，对工具凸缘表面来讲，槽的断面呈锥形。例如，槽的一侧还是直的，而另一侧则是切进的，这样就可使密封圈既起有效作用而又牢固地固定住。

在机械手凸缘这一侧，密封区上有一用以装载压力介质的槽。处于密封状态时，此槽用沿其两侧放置的密封圈密封住。压力介质来自于工业机械手中的压力介质管。压力介质一般都具有相当高的压力。由于在密封区，压力介质的压力大小对过载安全装置来讲无何意义，因而按照进一步的改进方案，在通向密封区的管道上装有一个节流阀。从压力介质流动的方向看来，在节流阀的后面装有一安全切断器，它与送进管道是相通的。这样，安全切断器便仅承受一有限的压力，这就不需要在结构上化费钱和精力了。

下面仅就一实施方案（非限制性的）及附图对本发明做详细说明。

图1所示为本发明提出的过载安全装置的断面图。

图2所示为图1所示装置的平面图。

图3所示为一压力介质循环图。

图4所示为图1所示装置的某局部部位图，为沿Ⅳ-Ⅳ线所取断面。

本文提出了一个过载安全装置，特别是专用于工业机械手上的过载安全装置并对其加以说明。此过载安全装置主要是由一机械手凸缘〔1〕和工具凸缘〔2〕组成。它们以密封区〔3〕实现密封该密封区承受压力介质的作用。当压力介质中发生了压力降时，一安全切断器即可断开。

可以在一工业机械手的机械手臂和工具之间安装一过载安全装置，为的是当重量或应力过高时，即可切断工业机械手。从图1所示的过载安全装置中可以看到机械手臂的连接凸缘〔22〕。此图未表示出工具。

在工作时，工具以法兰连接于工具凸缘〔2〕上，工具凸缘〔2〕可相对于机械手凸缘〔1〕运动，因为工具凸缘〔2〕借助于压缩弹簧〔7〕顶在机械手凸缘〔1〕上。如果载荷过高，即超过了压缩弹簧〔7〕中的预加应力之后，工具凸缘〔2〕即从机械手凸缘〔1〕处抬起。密封区〔3〕处即会出现压力下降现象，安全切断器〔21〕即起反应（见图3）。

可从图1清楚地看到，压缩弹簧〔7〕的一端支承于安装螺栓〔4〕的螺栓支承凸缘〔5〕上，另一端顶在机械手凸缘〔1〕的支承凸缘〔23〕上。安装螺栓可在工具凸缘〔2〕中作轴向的运动。安装螺栓〔4〕的轴向位置可借助于调整元件〔11〕加以改变。元件〔11〕相对于安装螺栓是位于径向方向上的。调整元件〔11〕上刻有外螺纹，在工具凸缘〔2〕上，安装调整元件装的孔上加工有相对应的内螺纹。这样，即可通过简单地旋动调整元件〔11〕实现调整。在图1所示的结构中，有一抬升块〔24〕，它可与调整元件〔11〕分离，并仅能在径向移动。而调整元件借螺纹而转动。基本上可将调整元件〔11〕做成一件，将其端部做成锥形并与安装螺栓〔4〕的调整头9配合动作。将调整元件〔11〕安装在径向位置的优点是可根据安装的工具重调压缩弹簧或使弹簧适应改变后的条件。

安装螺栓〔4〕的调整头〔9〕具有抬升面〔8〕，它与抬升块〔24〕配合动作。〔24〕上加工有调整面〔10〕。可以看出，抬升面〔8〕和调整面〔10〕相对于螺栓〔4〕轴线倾斜一角度。可从图2中看到，调整头〔9〕有二个隔开的抬升面〔8〕，它们是在T型调整头〔9〕上加工成的，位于安装螺栓〔4〕末端的侧面。因此，这两个抬升面〔8〕可与一个调整元件〔11〕或抬升块〔24〕配合动作。

如果对图1所示的螺栓支承凸缘〔5〕仔细查看之后便可看出，压缩弹簧〔7〕只是间接地支承于所述的凸缘〔5〕上，压缩弹簧直接支承于一个支承环〔6〕上。〔6〕具有球面形表面并与凸缘〔5〕与之相配合的相应球面表面匹配。螺栓支承凸缘〔5〕和轴承环〔6〕按球窝接头那样配合动作，这样便允许安装螺栓〔4〕和压缩弹簧〔7〕的轴线偏斜。

为了在机械手中在仅有扭力时工具凸缘〔2〕就能从机械手凸缘〔1〕上抬起，在机械手凸缘〔1〕装有分离柱〔12〕的一半，另一半按同样方式装在工具凸缘〔2〕中。对应于分离柱〔12〕的形状，在工具凸缘〔2〕上加工出凹槽〔13〕。

从图2可以看到，在本实施方案中有5个分离柱〔12〕，它们是不对称分布的，但它们的纵向轴〔14〕指向机械手凸缘〔1〕的中心〔15〕。从理论上来说，采用少于5个的分离柱也能达到本发明的效果。当仅有3个分离柱〔12〕时，工具凸缘〔2〕即可与机械手凸缘〔1〕同心。当分离柱的数量较少时，需要采取另外的定中心方法，例如，可将位于机械手凸缘〔1〕中的工具凸缘〔2〕的凸台〔30〕加工成圆形。而在图1所示的实施方案中，工具凸缘〔2〕的凸台〔30〕是不与机械手凸缘〔1〕接触的。

从图1，特别是从图4中可以看到这样的特点，即分离柱〔12〕在机械手凸缘〔1〕中嵌入得深度要比“对称式”时的大，为了说明问题，在图1和图4中将这种“不对称”情况以夸大的方式表示出来。嵌入得深些是较适宜的。为了能令人满意地使工具凸缘〔2〕抬起来，特别在有扭力的情况下，将分离柱〔12〕分布得不对称是特别重要的。这点可从图4所示的力的三角形中清楚地看出来，图中所示的合力可直接将工件抬起。图中所绘力三角形恰在工具凸缘〔2〕和机械手凸缘1的间隙之上，但这并不意味着在此部位。工具凸缘〔2〕仅仅支承于一个分离柱〔12〕之上。尽管下面述及了“大直径”方法，实际上工具凸缘〔2〕在很大程度上是直接支承于一个分离柱〔12〕之上。前述的不对称分布方式可导致分离柱〔12〕具有一种楔块作用。后者安装在机械手凸缘〔11〕之中，例如可以用螺纹连接，（图中未示出）。

在已述及的分离柱〔12〕在工具凸缘2中嵌入得较深的情况下，则在开始时，分离柱〔12〕的有效分离面〔16〕与相应的工具凸缘〔2〕中的凹槽〔13〕将不再接触或与在正常位置上的工具凸缘〔2〕的一侧相接触。这样就应使分离柱〔12〕的直径稍大于凹槽〔13〕或相应的机械手凸缘〔1〕的凹槽直径。将分离柱〔12〕按不对称形状分布这也是很重要的，其优点上面已述及。

密封区〔3〕中包括有密封圈〔17〕，它们装置于槽〔18〕之中，还有一压力介质槽〔25〕，正像图1所示那样，工具凸缘〔2〕和机械手凸缘〔1〕处于密封接触的情况，密封圈〔17〕将两侧都密封住。槽〔18〕是特别有利的，其断面对工具凸缘的表面〔12〕呈锥形。为此从图1还可以看到，槽〔18〕在一侧是凹切进的。

本发明提出的过载安全装置的一个特别优点是，机械手凸缘〔1〕仅承受有限的机械力，原因是在机械手凸缘〔1〕中嵌入了起隔离作用的零件，即分离栓〔12〕。这样在选定机械手凸缘〔1〕的材料时有较大自由度，例如，可选择轻型材料，特别是轻金属，如铝，这样便可进一步减轻装置重量。

最后，图3所示为压力介质循环示意图。密封区〔3〕以符号表示处于密封状态。下述各点是重量的：借助于工业机械手中的压力介质管〔26〕将压力介质排走;在所述的管〔26〕和送进管〔19〕之间安装一压力调节阀〔27〕，它可保持出口一侧的压力不变，还需要一节流阀〔20〕，这样便可使送进管〔19〕中的压力处于较低值水平。这还产生下述优点：当安全切断装置启动时，过量的压力介质不会从过载安全装置中泄走。从图3中可以看到，安全切断装置与送进管〔19〕连接。也就是说，它承受的压力不高。

节流阀〔20〕通常按此方式构成：当处于稳定态时，它所允许通过的压力介质量稍微少于处于稳定态的自密封区中流出的压力介质量。这就可以保证操作中外漏的压力介质量最少。该措施将使过载安全装置具有相当的“灵敏度”。即使在密封区中的压力介质泄漏量大大多于正常状况下的泄漏量时，过载安全装置也将会产生反应。

本发明的特别重要方面是在紧固螺钉附近的工具凸缘〔2〕和机械手凸缘〔1〕的特殊结构。从图1中可以清楚地看到，紧固螺钉用来将工业机械手凸缘〔1〕固定于连接凸缘〔22〕上，此外，可以用螺钉将工业机械手的工具（图中未示出）固定于工具凸缘〔2〕上，攻丝孔〔29〕与紧固螺钉〔28〕的攻丝孔位置同心。如果过载安全装置的工具凸缘〔2〕尚未用螺钉固定上一工具（如图1所示），则螺钉〔28〕可通过孔〔29〕旋紧或旋松。

在说明图和各权项要求中所阐述的本发明特性，不论它们是以单种的或是以任何种综合方式提出来的，它们对构成本发明的各种实施方案方面都是重要的。

Claims (12)

1、过载安全装置，特别是用于具有机械手臂和机械手工具的工业机械手的一类过载安全装置，通常都装置于机械手臂和机械手工具之间，它具有一机械手凸缘和一工具凸缘，后者相对于前者是可动的，其特点是，当在密封区[3]承受压力介质的作用时，机械手凸缘(1)和工具凸缘(2)可以密封地配合动作，同时，当压力介质中出现压力降时，一压力切断装置即启动。

2、根据权项1要求，过载安全装置中的工具凸缘借助于一压缩弹簧安装于机械手凸缘之上，该弹簧的一端支承于一安装螺栓的支承凸缘上，另一端则支承于机械手凸缘的支承凸缘上，其特点是，安装螺栓（4）可在工具凸缘（2）中沿其轴向移动並可按所选定的初始受力情况调节安装情况。

3、根据权项2要求，过载安全装置之特点在于，螺栓支承凸缘（5）在其支承区域加工成球面形并与具有相应结构的支承环（6）可配合动作，（6）上支承着压缩弹簧（7）。

4、根据权项2或权项3要求，过载安全装置的特点是，在工具凸缘（2）的工具侧，安装螺栓（4）具有一调整头（9），上面加工有一抬起面（8），一在径向可移动的调整元件（11）可与调整头（9）配合动作。（11）上加工有调整面（10），它与抬起面（8）是互补的，从而可使安装螺栓（4）产生轴向移动。

5、根据权项1至4要求中的一项要求，过载安全装置具有下述特点，在工具凸缘侧机械手凸缘（1）至少有一个分离凸轮（12），在机械手凸缘侧工具凸缘（2）具有一相应的凹槽（13）。

6、根据权项5要求，过载安全装置具有下述特点，分离凸轮（12）作成分离柱〔12〕形，其轴线指向机械手凸缘（1）的中心点（15）。

7、根据权项6要求，过载安全装置具有下述特点，分离柱（12）的有效分离面（16）的周长略小于πγ，γ为分离柱（12）的断面圆半径。

8、根据权项6或7中一项要求，过载安全装置具有下述特点，分离柱（12）的直径比与之相配的工具凸缘（2）的凹槽（13）的直径大。

9、根据权项5至8要求中的一项，过载安全装置具有下述特点，即其上装有若干个分离柱（12），它们的分布是不对称的。

10、根据权项1至9中的一项要求，过载安全装置具有下述特点，即密封区（3）的密封是由嵌入在工具凸缘（2）中的密封圈（17）实现的。

11、根据权项10要求，过载安全装置具有下述特点，即工具凸缘（2）上加工有槽（18）用以嵌入密封圈（17），槽（18）的断面对工具凸缘（2）呈锥形。

12、根据权项1至10中的一项要求，与过载安全装置相配的工业机械手中具有压力介质管路，管路中可选用较高的压力。该过载安全装置具有下述特点，即向密封区（3）中供介质的送进管路（19）中装有一节流阀（20），从压力介质流动方向看来，在节流阀（20）之后装一安全切断器（21）并与送进管（19）相连通。

Images