一种正压防爆电气型机械手的制作方法

本发明涉及多关节机器人领域，具体地说是一种正压防爆电气型机械手。

背景技术

水平多关节机器人(中文又译名：选择顺应性装配机器手臂)通常具有四个轴和四个运动自由度：x、y、z方向的平动自由度和绕z轴旋转的转动自由度，其在x、y方向上具有顺从性，而在z轴方向上具有良好的刚度。水平多关节机器人的基本构型包括基座、大臂、小臂和末端组件四个部分，其中大臂和小臂是串联的两杆结构，类似人的手臂，可以伸进有限的空间中进行作业，作业完成后可收回。现有技术中针对水平多关节机器人的正压防爆方法是利用车间内的压缩空气管路持续为机械手本体内部提供压缩空气，机械手无论工作还是不工作都会消耗压缩空气，并消耗能量。

技术实现要素：

发明内容

本发明的目的在于提供一种正压防爆电气型机械手，只有在机械手运动情况下消耗能量，在机械手不运动情况下不消耗正压能量，且运动构件运动惯量较小，节能环保，对安装基础的冲击振动较小。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种正压防爆电气型机械手，包括基座、大臂、小臂和末端组件，其中大臂与基座转动连接，小臂与大臂转动连接，末端组件与小臂转动连接，包括控制系统、主动补压子系统和被动保压子系统，所述基座、大臂、小臂以及末端组件内部形成一个连通的封闭空间，主动补压子系统和被动保压子系统通过所述控制系统控制，且所述封闭空间内通过所述主动补压子系统作用形成高压区，并通过所述被动保压子系统稳压，所述封闭空间外部为常压区。

所述主动补压子系统包括电机、气泵和进气管，气泵通过电机驱动，所述电机通过所述控制系统控制，所述气泵的高压口与基座壳体直接连接，所述气泵的吸气口与所述进气管相连，且所述进气管另一端口在不含有可燃物的常压区吸气。

所述被动保压子系统包括蓄能波纹管和可调节稳压阀，所述蓄能波纹管两端通过管路与所述封闭空间相通，在所述蓄能波纹管任一与所述封闭空间相连的管路上设有所述可调节稳压阀。

所述末端组件可移动地设置于所述小臂上，在所述小臂和末端组件之间设有直线运动动态压力平衡子系统，所述小臂壳体内部在所述末端组件移动时通过所述直线运动动态压力平衡子系统保持压力不变。

所述直线运动动态压力平衡子系统包括第一密封波纹管和第二密封波纹管，所述第一密封波纹管和第二密封波纹管相邻的一端与所述小臂的壳体密封固连，所述第一密封波纹管和第二密封波纹管的相互远离的一端分别与所述末端组件的两端密封连接，且所述第一密封波纹管和第二密封波纹管随所述末端组件移动伸缩。

所述基座、大臂、小臂和末端组件中的任意两部件之间的旋转部分通过旋转密封子系统密封。

所述旋转密封子系统包括一个滑环和一个o型圈。

所述控制系统为防爆型电器柜且通过防爆电缆和基座连接。

本发明的优点与积极效果为：

1、本发明只有在机械手运动情况下消耗能量，在机械手不运动情况下不消耗正压能量，节能环保。

2、本发明相较于现有技术，运动构件运动惯量较小，这样伺服再生电阻消耗功率较小，更加节能。

3、本发明的机械手在制动的过程中对安装基础的冲击振动较小。

4、本发明无高压管路，运行安全。

附图说明

图1为本发明的示意图。

其中，101为控制系统，102为末端组件，103为常压区，104为高压区，105为基座，106为电机，107为气泵，108为进气管，109为可调节稳压阀，110为蓄能波纹管，111为大臂，112为小臂，113为旋转密封子系统，114为第一密封波纹管，115为第二密封波纹管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1所示，本发明包括控制系统101、基座105、大臂111、小臂112、末端组件102、主动补压子系统、被动保压子系统、直线运动动态压力平衡子系统和旋转密封子系统116，其中所述控制系统101为防爆型电器柜且有防爆电缆和基座105进行电缆静态连接，所述基座105、大臂111、小臂112和末端组件102均为外壳密封且中空内走线型结构，所述基座105固定，所述大臂111一端与所述基座105转动连接，所述大臂111另一端与所述小臂112的一端转动连接，所述小臂112的另一端与所述末端组件102转动连接，所述基座105、大臂111、小臂112以及末端组件102壳体内形成一个连通的封闭空间，所述封闭空间在所述主动补压子系统的作用下形成高压区104，所述封闭空间外部为常压区103，所述的常压区103为机械手工作的区域，可能含有易燃易爆的粉尘、气体等可燃物，所述主动补压子系统从常压区103吸取不含有易燃易爆的粉尘、气体等可燃物的空气，在机械手工作的情况下为高压区104补压补气，形成高压区104与常压区103压力差，防止易燃易爆的粉尘、气体等可燃物进入正压防爆电气型机械手内部，达到正压电气防爆目的。

如图1所示，所述主动补压子系统设置于所述基座105一侧，所述主动补压子系统包括电机106、气泵107和进气管108，在机械手动作的情况下所述电机106必须旋转并带动气泵107工作，所述气泵107的高压口与基座105壳体直接连接，实现对高压区104补压补气，所述气泵107的吸气口与所述进气管108相连，所述进气管108的长度需足够长，并穿过含有易燃易爆的粉尘、气体等可燃物的常压区103，在不含有易燃易爆的粉尘、气体等可燃物的常压区103进行吸气，以保证抽入的为不含有可燃气体的空气。实际使用时机械手有几套运动驱动电机，就对应有几套主动补压子系统以保证安全。

如图1所示，所述被动保压子系统包括蓄能波纹管110和可调节稳压阀109，所述蓄能波纹管110两端通过管路与所述封闭空间相通，在所述蓄能波纹管110任一与所述封闭空间相连的管路上设有所述可调节稳压阀109。所述蓄能波纹管110是一种能量储蓄装置，依靠压缩波纹管的弹性把气体系统中的过剩压力能转化为压缩波纹管的弹性势能存储起来，需要时释放出去，重新补供给系统，保证整个系统压力正常，所述可调节稳压阀109用于过载保护，当所述蓄能波纹管110内的空气压力高于可调节稳压阀109指定的压力时，所述可调节稳压阀109自动排气，以保证压缩气体的压力不至于过大而破坏系统，同时也进一步起到稳压的作用，保证整个系统压力正常。

如图1所示，所述直线运动动态压力平衡子系统包含第一密封波纹管114和第二密封波纹管115，所述第一密封波纹管114和第二密封波纹管115相邻的一端与所述小臂112的壳体静态密封固连，所述第一密封波纹管114和第二密封波纹管115的相互远离的一端分别与所述末端组件102的两端密封旋转连接，并且所述第一密封波纹管114和第二密封波纹管115可保持在末端组件102的轴线方向上随着所述末端组件102移动而被动随动伸缩，从而可以保持在末端组件120做直线运动的情况下的小臂112壳体内部压力。

所述第一密封波纹管114和第二密封波纹管115的截面直径有两种工作原理模式，两种工作模式的切换方法为更换不同截面直径规格系列的波纹管，其中一种工作原理模式为：第一密封波纹管114和第二密封波纹管115的截面直径相同，运动关系为容积互补，第一密封波纹管114和第二密封波纹管115随着末端组件102运动，对机械手内部压力无变化。另外一种工作原理模式为：第一密封波纹管114和第二密封波纹管115的截面直径不相同，运动关系为容积互补差，第一密封波纹管114和第二密封波纹管115随着末端组件102运动，容积互补差对机械手内部压力改变一次。

所述基座105、大臂111、小臂112和末端组件102中的任意两部件之间的旋转部分通过旋转密封子系统113进行旋转动态密封，以保证所述基座105、大臂111、小臂112以及末端组件102壳体内形成一个连通的封闭空间。本实施例中，所述旋转密封子系统113是属于动密封的一种，由一个填充聚四氟乙烯制成的滑环和一个提供弹力的橡胶o型圈组成，用于密封有旋转或摆动运动的杆、轴、销、旋转接头等处，在工程机械、建筑机械及汽车设备等各工业领域都存在旋转式的液压转动，可承受两侧压力或交变压力作用，此为本领域公知技术。

本发明的工作原理为：

本发明中的基座105、大臂111、小臂112和末端组件102均为外壳静密封且中空内走线型结构，所述基座105、大臂111、小臂112以及末端组件102壳体内形成一个连通的封闭空间，所述封闭空间在所述主动补压子系统的作用下形成高压区104，所述封闭空间外部为机械手作业的常压区103，所述主动补压子系统从常压区103吸取不含有易燃易爆的粉尘、气体等可燃物的空气，在机械手工作的情况下为高压区104补压补气，形成高压区104与常压区103压力差，防止易燃易爆的粉尘、气体等可燃物进入正压防爆电气型机械手内部，达到正压电气防爆目的，另外被动保压子系统依靠蓄能波纹管110的弹性把气体系统中的过剩压力能转化为波纹管的弹性势能存储起来，并在需要时释放出去，重新补供给系统，保证整个系统压力正常，所述直线运动动态压力平衡子系统则可以保持在末端组件120做直线运动的情况下，小臂112壳体内部压力无变化。本发明只有在机械手运动情况下消耗能量，在机械手不运动情况下电机停止运行，不消耗正压能量，节能环保。