三自由度防碰撞力傳感器的制造方法
【專利摘要】本實用新型屬于傳感器設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種三自由度防碰撞力傳感器。它解決了現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計不夠合理等技術(shù)問題。所述的殼體一端活動穿設(shè)有一根力輸入軸，該力輸入軸的內(nèi)端位于殼體內(nèi)，外端穿出殼體外，所述的殼體內(nèi)設(shè)有能沿著殼體軸向伸縮的彈性組件，所述的力輸入軸的內(nèi)端作用在彈性組件上且當力輸入軸外端受到作用力時能壓縮彈性組件，所述的彈性組件與殼體之間設(shè)有當力輸入軸在作用力作用下帶動彈性組件軸向壓縮至設(shè)定幅度時能產(chǎn)生觸發(fā)信號的信號觸發(fā)機構(gòu)。與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本三自由度防碰撞力傳感器的優(yōu)點在于：1、設(shè)計合理，結(jié)構(gòu)簡單，能夠多方位防碰撞。2、制造成本低，維護方便。3、防碰撞效果好。
【專利說明】三自由度防碰撞力傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于傳感器設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種三自由度防碰撞力傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。例如:隨著我國機械制造工業(yè)的迅速發(fā)展，自動焊接技術(shù)及自動焊接裝備自動焊接小車，焊接機器人等也得到了廣泛的應(yīng)用。特別是自動焊接小車，因為成本相對較低，在長直焊縫等場合得到了廣泛的應(yīng)用，由于焊接小車上裝載的焊槍相對成本較高，一般焊接小車上均安裝有防碰撞保護設(shè)備，但焊縫的不規(guī)則變化，容易導(dǎo)致焊槍與被焊接工件發(fā)生碰撞的故障，導(dǎo)致焊槍發(fā)生變形并損壞，造成較大的損失，而對于自動焊接專機，通常都采用伺服電機驅(qū)動，成本較高，如果碰撞力過大，很容易導(dǎo)致伺服驅(qū)動及損壞，因此需要研制一種能夠有效防止過度碰撞的防碰撞傳感器，以確保在焊接過程中發(fā)生碰撞時，能及時停止驅(qū)動電機，實現(xiàn)對焊槍及驅(qū)動電機的有效保護。
[0003]例如，中國專利文獻公開了一種防碰撞電焊槍[申請?zhí)?201220427990.3]，包括電焊槍本體、連接裝置和防碰撞裝置；連接裝置包括機械手連接部和電焊槍連接部，連接裝置的機械手連接部上設(shè)置有信號線引出孔；防碰撞裝置包括傳感器探頭、傳感器電路、信號線和橡膠防護圈；橡膠防護圈為環(huán)形中空的橡膠構(gòu)件；傳感器探頭和傳感器電路設(shè)置在橡膠防護圈內(nèi)的中空部位，傳感器探頭與傳感器電路電連接；傳感器電路輸出的傳感信號通過信號線與機械手的主控電路電連接；防碰撞裝置的橡膠防護圈固定安裝在連接裝置的機械手連接部和電焊槍連接部之間。
[0004]上述方案雖然在操作電焊槍要發(fā)生意外碰撞時，及時控制機械手停止動作，但上述方案仍然存在著設(shè)計不夠合理，防碰撞識別區(qū)域有限，存在著死角，無法進行多方位的防碰撞識別，適用范圍有限。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本實用新型的目的是針對上述問題，提供一種設(shè)計合理，結(jié)構(gòu)簡單，能夠多方位防碰撞的三自由度防碰撞力傳感器。
[0006]為達到上述目的，本實用新型采用了下列技術(shù)方案:本三自由度防碰撞力傳感器，包括殼體，其特征在于，所述的殼體一端活動穿設(shè)有一根力輸入軸，該力輸入軸的內(nèi)端位于殼體內(nèi)，外端穿出殼體外，所述的殼體內(nèi)設(shè)有能沿著殼體軸向伸縮的彈性組件，所述的力輸入軸的內(nèi)端作用在彈性組件上且當力輸入軸外端受到作用力時能壓縮彈性組件，所述的彈性組件與殼體之間設(shè)有當力輸入軸在作用力作用下帶動彈性組件軸向壓縮至設(shè)定幅度時能產(chǎn)生觸發(fā)信號的信號觸發(fā)機構(gòu)。[0007]更進一步地說，由于設(shè)有信號觸發(fā)機構(gòu)，從而能夠使彈性組件在產(chǎn)生軸向壓縮位移時，通過彈性組件與信號觸發(fā)機構(gòu)相配合產(chǎn)生信號，進行多方位的防碰撞監(jiān)測，有效地消除了在運行中的監(jiān)測死角，并且使用范圍廣。顯然，力輸入軸受到軸向向殼體內(nèi)作用力時，力輸入軸能夠帶動彈性組件動作；力輸入軸受到側(cè)向作用力時，由于力輸入軸與彈性組件是相互作用的，兩者之間將產(chǎn)生彎矩，從而促進彈性組件動作；力輸入軸受到側(cè)向扭轉(zhuǎn)力時，由于力輸入軸與彈性組件是相互作用的，兩者之間將產(chǎn)生頂升力，從而促進彈性組件動作。
[0008]在上述的三自由度防碰撞力傳感器中，所述的彈性組件包括導(dǎo)向軸，該導(dǎo)向軸的一端穿設(shè)在殼體遠離力輸入軸一端且與殼體滑動連接，在導(dǎo)向軸的另一端設(shè)有導(dǎo)向軸工作部，所述的導(dǎo)向軸上套設(shè)有彈簧且彈簧的一端作用在殼體端部另一端作用在導(dǎo)向軸工作部。
[0009]更進一步的說，由于設(shè)有彈簧，從而能夠使導(dǎo)向軸受力位移后復(fù)位，防碰撞力大小可以通過更換不同剛度的彈簧實現(xiàn)，不僅可以用于自動焊接設(shè)備上對焊槍、驅(qū)動電機進行保護，而且還可以用于其它運動系統(tǒng)中進行防碰撞保護，適用范圍廣。
[0010]在上述的三自由度防碰撞力傳感器中，所述的力輸入軸內(nèi)端設(shè)有輸入軸工作部，所述的輸入軸工作部和導(dǎo)向軸工作部相對置，在導(dǎo)向軸工作部上設(shè)有位于輸入軸工作部和導(dǎo)向軸工作部之間且外徑小于輸入軸工作部和導(dǎo)向軸工作部的圓形凸部，所述的圓形凸部與輸入軸工作部和導(dǎo)向軸工作部同軸設(shè)置。這種結(jié)構(gòu)有利于促進彎矩產(chǎn)生。
[0011]在上述的三自由度防碰撞力傳感器中，所述的圓形凸部的下部外緣具有下端小上端大的環(huán)形斜面。由于設(shè)有環(huán)形斜面，從而能夠促進彎矩產(chǎn)生，提高工作精度。
[0012]在上述的三自由度防碰撞力傳感器中，所述的殼體端部內(nèi)側(cè)固定有位于輸入軸工作部和殼體端部內(nèi)側(cè)之間的滾珠安放環(huán)，所述的力輸入軸穿過滾珠安放環(huán)，所述的滾珠安放環(huán)上設(shè)有若干滾珠安裝孔，在每個滾珠安裝孔內(nèi)分別設(shè)有滾珠，所述的輸入軸工作部上設(shè)有若干孔徑小于滾珠外徑的上孔，所述的殼體端部內(nèi)側(cè)設(shè)有若干孔徑小于滾珠外徑的下孔，所述的上孔和下孔一一對應(yīng)設(shè)置且在每個上孔和下孔之間分別設(shè)有一位于滾珠安裝孔內(nèi)的滾珠，所述的滾珠上部位于上孔內(nèi)，下部位于下孔內(nèi)。這種結(jié)構(gòu)在力輸入軸受到扭轉(zhuǎn)力時，能夠通過滾珠安放環(huán)、滾珠和輸入軸工作部促進力輸入軸軸向向殼體內(nèi)移動，從而壓縮彈性組件。
[0013]作為優(yōu)選的，殼體包括筒狀體和端蓋，力輸入軸穿設(shè)在端蓋上，下孔開設(shè)在端蓋內(nèi)側(cè)，端蓋通過螺栓與筒狀體相連。
[0014]在上述的三自由度防碰撞力傳感器中，所述的信號觸發(fā)機構(gòu)包括固定在導(dǎo)向軸工作部上的觸發(fā)體和固定在殼體上的觸點開關(guān)，所述的觸發(fā)體和觸點開關(guān)相對置且當觸發(fā)體軸向向內(nèi)移動至設(shè)定幅度時能與觸點開關(guān)接觸。
[0015]在上述的三自由度防碰撞力傳感器中，所述的觸發(fā)體呈上端小下端大的楔形且觸發(fā)體的傾斜面朝向觸點開關(guān)；所述的觸點開關(guān)固定在具有傾斜面的固定座上，所述的固定座固定在殼體上且固定座的傾斜面朝向觸發(fā)體。由于設(shè)有觸發(fā)體的傾斜面朝向觸點開關(guān)，從而能夠使觸發(fā)體與觸點開關(guān)配合。
[0016]在上述的三自由度防碰撞力傳感器中，所述的殼體上設(shè)有窗口，所述的固定座固定在窗口中。由于固定座固定在窗口，從而能夠有利于觀察傳感器內(nèi)部零部件。[0017]在上述的三自由度防碰撞力傳感器中，所述的力輸入軸的外端與焊槍托架固連，所述的焊槍托架水平設(shè)置且與豎直設(shè)置的焊槍總成固連，所述的殼體固定在電機驅(qū)動安裝托架上。當然，力輸入軸并不僅限于與焊槍托架固連，也可采用至其他運動系統(tǒng)中進行防碰撞保護。
[0018]與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本三自由度防碰撞力傳感器的優(yōu)點在于:1、設(shè)計合理，結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，能夠多方位防碰撞。2、制造成本低，維護方便。3、防碰撞效果好。4、可更換不同剛度的彈簧，實現(xiàn)碰撞力度調(diào)節(jié)，適用范圍廣。5、使用壽命長，并且維護方便。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1是本實用新型提供的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2是本實用新型提供的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖中，殼體1、力輸入軸2、輸入軸工作部21、彈性組件3、信號觸發(fā)機構(gòu)4、導(dǎo)向軸31、導(dǎo)向軸工作部32、圓形凸部34、環(huán)形斜面34a、滾珠安放環(huán)5、滾珠安裝孔51、滾珠52、上孔2 la、下孔2 lb、觸發(fā)體41、觸點開關(guān)42、固定座43、窗口 11、焊槍托架2a、焊槍總成2b。
【具體實施方式】
[0022]如圖1-2所不,本三自由度防碰撞力傳感器,包括殼體I,殼體I 一端活動穿設(shè)有一根力輸入軸2，該力輸入軸2的內(nèi)端位于殼體I內(nèi)，外端穿出殼體I外，殼體I內(nèi)設(shè)有能沿著殼體I軸向伸縮的彈性組件3，力輸入軸2的內(nèi)端作用在彈性組件3上且當力輸入軸2外端受到作用力時能壓縮彈性組件3，彈性組件3與殼體I之間設(shè)有當力輸入軸2在作用力作用下帶動彈性組件3軸向壓縮至設(shè)定幅度時能產(chǎn)生觸發(fā)信號的信號觸發(fā)機構(gòu)4。
[0023]彈性組件3包括導(dǎo)向軸31，該導(dǎo)向軸31的一端穿設(shè)在殼體I遠離力輸入軸2 —端且與殼體I滑動連接，在導(dǎo)向軸31的另一端設(shè)有導(dǎo)向軸工作部32，導(dǎo)向軸31上套設(shè)有彈簧33且彈簧33的一端作用在殼體I端部另一端作用在導(dǎo)向軸工作部32。力輸入軸2內(nèi)端設(shè)有輸入軸工作部21，輸入軸工作部21和導(dǎo)向軸工作部32相對置，在導(dǎo)向軸工作部32上設(shè)有位于輸入軸工作部21和導(dǎo)向軸工作部32之間且外徑小于輸入軸工作部21和導(dǎo)向軸工作部32的圓形凸部34，圓形凸部34與輸入軸工作部21和導(dǎo)向軸工作部32同軸設(shè)置，圓形凸部34的下部外緣具有下端小上端大的環(huán)形斜面34a。
[0024]殼體I端部內(nèi)側(cè)固定有位于輸入軸工作部21和殼體I端部內(nèi)側(cè)之間的滾珠安放環(huán)5，所述的力輸入軸2穿過滾珠安放環(huán)5，所述的滾珠安放環(huán)5上設(shè)有若干滾珠安裝孔51，在每個滾珠安裝孔51內(nèi)分別設(shè)有滾珠52，所述的輸入軸工作部21上設(shè)有若干孔徑小于滾珠52外徑的上孔21a，所述的殼體I端部內(nèi)側(cè)設(shè)有若干孔徑小于滾珠42外徑的下孔21b，所述的上孔21a和下孔21b —一對應(yīng)設(shè)置且在每個上孔21a和下孔21b之間分別設(shè)有一位于滾珠安裝孔51內(nèi)的滾珠52，所述的滾珠52上部位于上孔21a內(nèi)，下部位于下孔21b內(nèi)。殼體I包括筒狀體和端蓋，力輸入軸2穿設(shè)在端蓋上，下孔21b開設(shè)在端蓋內(nèi)側(cè)，端蓋通過螺栓與筒狀體相連。
[0025]信號觸發(fā)機構(gòu)4包括固定在導(dǎo)向軸工作部32上的觸發(fā)體41和固定在殼體I上的觸點開關(guān)42，觸發(fā)體41和觸點開關(guān)42相對置且當觸發(fā)體41軸向向內(nèi)移動至設(shè)定幅度時能與觸點開關(guān)42接觸，觸發(fā)體41呈上端小下端大的楔形且觸發(fā)體41的傾斜面朝向觸點開關(guān)42 ;觸點開關(guān)42固定在具有傾斜面的固定座43上，固定座43固定在殼體I上且固定座43的傾斜面朝向觸發(fā)體41，殼體I上設(shè)有窗口 11，固定座43固定在窗口 11中。
[0026]圖2中，XYZ代表三個自由度的坐標，相對于力輸入軸2而言，X軸方向所受的力為側(cè)向扭轉(zhuǎn)力，軸方向所受的力為側(cè)向中心力；Z軸方向所受的力為軸向向殼體內(nèi)推力。以三自由度防碰撞力傳感器應(yīng)用于焊接設(shè)備為例。力輸入軸2的外端與焊槍托架2a固連，焊槍托架2a水平設(shè)置且與豎直設(shè)置的焊槍總成2b固連，殼體I固定在電機驅(qū)動安裝托架上。
[0027]①Z軸防碰撞保護(即軸向受力保護)工作過程如下:當焊槍在下降或焊接下降運動過程中，如果與被焊接工件發(fā)生碰撞，即形成Z向碰撞，碰撞力Fz則通過焊槍托架2a傳遞給力輸入軸2，力輸入軸2同時將碰撞力傳動給導(dǎo)向軸31，導(dǎo)向軸31壓縮彈簧33形成軸向位移，同時帶動觸發(fā)體41向上運動，與觸點開關(guān)42接觸并壓下觸點開關(guān)42，一旦碰撞力超過設(shè)定允許值，則觸點開關(guān)42導(dǎo)通，控制系統(tǒng)檢測到碰撞力過大的信號后，立即輸出控制信號，停止驅(qū)動電機運動，同時停止焊接作業(yè)，有效地避免了因碰撞力過大而損壞焊槍的事故。
[0028]②Y軸防碰撞保護(即彎矩受力保護)工作過程如下:當焊槍受到Y(jié)軸方向的碰撞時，則碰撞力Fy通過焊槍托架遞給力輸入軸2，力輸入軸2將在圖的C、D兩點形成一個彎矩作用，由于滾珠安放環(huán)5限位的作用，將使C點沿Z軸方向運動，進而驅(qū)動導(dǎo)向軸31并帶動觸發(fā)體41壓下觸點開關(guān)42，從而實現(xiàn)碰撞力過大時對焊槍的防碰撞保護。
[0029]③X軸防碰撞保護(即扭轉(zhuǎn)受力保護)工作過程如下:當焊槍受到X軸方向的碰撞力Fx時，通過焊槍托架，傳遞到力輸入軸2，并形成一個扭矩，由于殼體I與電機驅(qū)動架安裝并固定，因此，當碰撞力超過設(shè)定值時，力輸入軸2將形成轉(zhuǎn)動，由于滾珠限位，要形成轉(zhuǎn)動空間，力輸入軸2只能沿Z軸方向運動，并推動導(dǎo)向軸31壓縮彈簧產(chǎn)生相應(yīng)的位移，實現(xiàn)扭轉(zhuǎn)位移與直線位移的轉(zhuǎn)換，同時，導(dǎo)向軸31帶動觸發(fā)體41壓下觸點開關(guān)42，從而實現(xiàn)碰撞力過大時對焊槍的防碰撞保護。
[0030]本實用新型所述的三個自由度分別為:力輸入軸2軸向向殼體方向，力輸入軸2側(cè)向中心方向，力輸入軸2側(cè)向偏離中心方向。顯然，力輸入軸2側(cè)向偏離中心方向?qū)嵸|(zhì)包含多個方向，只要能使力輸入軸2產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)的力的方向均為力輸入軸2側(cè)向偏離中心方向。
[0031]本文中所描述的具體實施例僅僅是對本實用新型精神作舉例說明。本實用新型所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本實用新型的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。
[0032]盡管本文較多地使用了殼體1、力輸入軸2、輸入軸工作部21、彈性組件3、信號觸發(fā)機構(gòu)4、導(dǎo)向軸31、導(dǎo)向軸工作部32、圓形凸部34、環(huán)形斜面34a、滾珠安放環(huán)5、滾珠安裝孔51、滾珠52、上孔21a、下孔21b、觸發(fā)體41、觸點開關(guān)42、固定座43、窗口 11、焊槍托架2a、焊槍總成2b等術(shù)語，但并不排除使用其它術(shù)語的可能性。使用這些術(shù)語僅僅是為了更方便地描述和解釋本實用新型的本質(zhì)，把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本實用新型精神相違背的。
【權(quán)利要求】
1.一種三自由度防碰撞力傳感器，包括殼體(I)，其特征在于，所述的殼體(I) 一端活動穿設(shè)有一根力輸入軸(2)，該力輸入軸(2)的內(nèi)端位于殼體(I)內(nèi),外端穿出殼體(I)外，所述的殼體(I)內(nèi)設(shè)有能沿著殼體(I)軸向伸縮的彈性組件(3)，所述的力輸入軸(2)的內(nèi)端作用在彈性組件(3)上且當力輸入軸(2)外端受到作用力時能壓縮彈性組件(3)，所述的彈性組件(3)與殼體(I)之間設(shè)有當力輸入軸(2)在作用力作用下帶動彈性組件(3)軸向壓縮至設(shè)定幅度時能產(chǎn)生觸發(fā)信號的信號觸發(fā)機構(gòu)(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三自由度防碰撞力傳感器，其特征在于，所述的彈性組件(3)包括導(dǎo)向軸(31),該導(dǎo)向軸(31)的一端穿設(shè)在殼體(I)遠離力輸入軸(2)—端且與殼體(I)滑動連接，在導(dǎo)向軸(31)的另一端設(shè)有導(dǎo)向軸工作部(32)，所述的導(dǎo)向軸(31)上套設(shè)有彈簧(33)且彈簧(33)的一端作用在殼體(I)端部另一端作用在導(dǎo)向軸工作部(32)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三自由度防碰撞力傳感器，其特征在于，所述的力輸入軸(2)內(nèi)端設(shè)有輸入軸工作部(21 )，所述的輸入軸工作部(21)和導(dǎo)向軸工作部(32)相對置，在導(dǎo)向軸工作部(32)上設(shè)有位于輸入軸工作部(21)和導(dǎo)向軸工作部(32)之間且外徑小于輸入軸工作部(21)和導(dǎo)向軸工作部(32)的圓形凸部(34)，所述的圓形凸部(34)與輸入軸工作部(21)和導(dǎo)向軸工作部(32)同軸設(shè)置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的三自由度防碰撞力傳感器，其特征在于，所述的圓形凸部(34)的下部外緣具有下端小上端大的環(huán)形斜面(34a)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的三自由度防碰撞力傳感器，其特征在于，所述的殼體(I)端部內(nèi)側(cè)固定有位于輸入軸工作部(21)和殼體(I)端部內(nèi)側(cè)之間的滾珠安放環(huán)(5)，所述的力輸入軸(2)穿過滾珠安放環(huán)(5)，所述的滾珠安放環(huán)(5)上設(shè)有若干滾珠安裝孔(51)，在每個滾珠安裝孔(51)內(nèi)分別設(shè)有滾珠(52)，所述的輸入軸工作部(21)上設(shè)有若干孔徑小于滾珠(52)外徑的上孔(21a)，所述的殼體(I)端部內(nèi)側(cè)設(shè)有若干孔徑小于滾珠(42)外徑的下孔(21b)，所述的上孔(21a)和下孔(21b)—一對應(yīng)設(shè)置且在每個上孔(21a)和下孔(21b)之間分別設(shè)有一位于滾珠安裝孔(51)內(nèi)的滾珠(52)，所述的滾珠(52)上部位于上孔(21a)內(nèi)，下部位于下孔(21b)內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或3或4所述的三自由度防碰撞力傳感器，其特征在于，所述的信號觸發(fā)機構(gòu)(4)包括固定在導(dǎo)向軸工作部(32 )上的觸發(fā)體(41)和固定在殼體(I)上的觸點開關(guān)(42)，所述的觸發(fā)體(41)和觸點開關(guān)(42)相對置且當觸發(fā)體(41)軸向向內(nèi)移動至設(shè)定幅度時能與觸點開關(guān)(42)接觸。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的三自由度防碰撞力傳感器，其特征在于，所述的觸發(fā)體(41)呈上端小下端大的楔形且觸發(fā)體(41)的傾斜面朝向觸點開關(guān)(42);所述的觸點開關(guān)(42)固定在具有傾斜面的固定座(43 )上，所述的固定座(43 )固定在殼體(I)上且固定座(43 )的傾斜面朝向觸發(fā)體(41)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的三自由度防碰撞力傳感器，其特征在于，所述的殼體(I)上設(shè)有窗口(11)，所述的固定座(43)固定在窗口(11)中。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的三自由度防碰撞力傳感器，其特征在于，所述的力輸入軸(2)的外端與焊槍托架(2a)固連，所述的焊槍托架(2a)水平設(shè)置且與豎直設(shè)置的焊槍總成(2b)固連，所述的殼體(I)固定在電機驅(qū)動安裝托架上。
【文檔編號】B23K37/00GK203541876SQ201320639747
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月16日
【發(fā)明者】張蕊華, 陳海初 申請人:麗水學(xué)院