专利名称：机械手悬臂称重装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及动态称重装置，具体涉及一种机械手悬臂称重装置。
背景技术：
目前，对于正在搬运或运输中物件的动态称重主要釆用输送皮带 加地秤的方式。这种装置在称量重量较轻的物件时存在着较大的误
差，而且很难估计误差范围(或者误差范围过大)；安装在这类装置 中的称重传感器每年都会发生零点飘移现象，都需要年检校正零位以 及自身的精度。即使采用类似于超巿用的托盘秤作为称重工具，也不 能避免静态(稳态)称重与称重过程的完美结合。这些都给小重量(二 千克内)、高精度(千分之一)的动态(有加速度)称重测量造成了 困扰，因此有必要对现有的动态称重装置进行改进。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，设计一种高精度的动 态机械手悬臂称重装置。
为实现上述目的，本发明的技术方案是釆用 一种机械手悬臂称重 装置，包括垂直直线导轨，在所述垂直直线导轨的下端装有拉压力传 感器，在所述拉压力传感器的下端装有吸盘托架，所述吸盘托架与气 泵、换向阀、管路一起构成物件拾取释放机构，所述拉压力传感器与 称重电路板连接，所述垂直直线导轨与水平直线导轨相配合；所述垂 直直线导轨可沿水平直线导轨左右位移，所述拉压力传感器、吸盘托 架以及被吸盘托架拾取或释放的物件可沿垂直直线导轨上下位移。
其中，在所述垂直直线导轨上装有垂直丝杠，所述垂直丝杠通过 联轴器与第一伺服电机连接，所述垂直丝杠与垂直螺母配合，所述垂 直螺母与拉压力传感器的一端连接，所述拉压力传感器的另 一端与所
4述吸盘托架相连接。
其中，在所述吸盘托架的下端装有若干个吸嘴，所述吸嘴经过管 路、换向阀与所述气泵相连接。
其中，所述换向阀与所述称重电路板连接，所述称重电路板可控 制换向阀的换向。
其中，所述垂直直线导轨与所述第一伺服电机固定在L形支架上。
其中，在所述水平直线导轨上装有水平丝杠，所述水平丝杠通过 联轴器与第二伺服电机连接，所述水平丝杆与水平螺母配合，所述水
平螺母与垂直直线导轨相连接。
其中，所述水平直线导轨与所述第二伺服电机固定在水平支架
上，所述水平支架还与所述L形支架相连接。
其中，所述拉压力传感器为S型拉压力传感器。 其中，所述称重电路板安装在所述水平支架的一侧。 其中，在所述称重电路板中设置有拉压力传感器信号转换电路和 数字信号处理算法电路。
本发明的优点和有益效果在于该机械手悬臂称重装置，由于在 移动机械臂的下端安装了称重传感器，可以将物件的搬运过程与称重 过程结合在一起，既可节约时间，又能快速获取每个物件的高精度(千 分之一，或者克级重量精度)重量值。它与传统的皮带秤相比，在称 量精度上有着显著的优势。
图i是本发明机械手悬臂称重装置的整体结构示意图； 图2是本发明机械手悬臂称重装置中垂直直线导轨部分结构示意图。
图中1、垂直直线导轨；2、拉压力传感器；3、吸盘托架；4、 物件；5、水平直线导轨；6、垂直丝杠；7、第一伺服电机；8、垂直螺母；9、吸嘴；10、 L型支架；11、水平丝杠；12、第二伺服电机； 13、水平螺母；14、水平支架。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式
作进一步描 述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以 此来限制本发明的保护范围。
如附图1和图2所示，本发明具体实施的技术方案是
一种机械手悬臂称重装置，包括垂直直线导轨l,在所述垂直直 线导轨1的下端装有拉压力传感器2，在所述拉压力传感器2的下端装 有吸盘托架3，所述吸盘托架3与气泵、换向阀、管路一起构成物件4 拾取释放机构，所述拉压力传感器2与称重电路板连接，所述垂直直 线导轨1与水平直线导轨5相配合；所述垂直直线导轨l可沿水平直线 导轨5左右位移，所述拉压力传感器2、吸盘托架3以及被吸盘托架3 拾取或释放的物件4可沿垂直直线导轨1上下位移。
在本实施例中，在所述垂直直线导轨1上装有垂直丝杠6，所述 垂直丝杠6通过联轴器与第一伺服电机7连接，所述垂直丝杠6与垂 直螺母8配合，所述垂直螺母8与拉压力传感器2的一端连接，所述 拉压力传感器2的另 一端与所述吸盘托架3相连接。
在本实施例中，在所述吸盘托架3的下端装有若干个吸嘴9，所 述吸嘴9经过管路、换向阀与所述气泵相连接。
在本实施例中，所述换向阀与所述称重电路板电气连接，所述称 重电路板可控制换向阀的换向。
在本实施例中，所述垂直直线导轨l与所述第一伺服电机7固定
在L形支架10上。
在本实施例中，在所述水平直线导轨5上装有水平丝杠11，所 述水平丝杠11通过联轴器与第二伺服电机12连接，所述水平丝杆11 与水平螺母13配合，所述水平螺母13与垂直直线导轨1相连接。在本实施例中，所述水平直线导轨5与所述第二伺服电机12固
定在水平支架14上，所述水平支架14还与所述L形支架IO相连接。 在本实施例中，所述拉压力传感器2为S型拉压力传感器。 在本实施例中，所述称重电路板安装在所述水平支架14的一侧。 在本实施例中，在所述称重电路板中设置有拉压力传感器信号转 换电路和数字信号处理算法电路。
在本实施例中，为了达到有加速度下的，小重量、高精度的称重 目的，本发明提供了一种解决方法，在搬运物件4过程中，稍作停顿、 阻尼晃动情况下依次抛下多个所要称重的物件4,其中所述的稍作停 顿是指垂直直线导轨l及其附属部件(真空吸盘架等)在水平直线导 轨5搬运到输送皮带上方停车，停留0.5秒至1秒之间，此时被拾取的 物件4依然处于低频摇晃状态。阻尼晃动是指吸盘托架的吸盘被抽真 空后，将物件4拾取起，与此同时吸盘托架3收缩，将物件4依靠在吸 盘托架3周围的阻尼材料(减震材料如包装箱内的包装垫)上。那么 在搬运/停顿过程中，物件4会依附在吸盘托架3下粘接的阻尼材料作 低频减幅晃动。
它有效地减少了称重误差、节约了搬运时间。分别获取全重数 值、依次减重数值和空重数值。该系列数值作差后，进而得到误差范 围可预知的每个物件的重量值。例如同时搬运4个物件，停顿在搬运 皮带上方时，S型拉压力传感器2称重数值是全重数值，即4个物件的 重量加上吸盘托架重量以及管路对S型拉压力传感器2施加的内应力。 按照0.5秒吸盘托架释放1个物件4,在2秒钟内将吸盘托架3上搬 运的物件4全部释放到输送皮带上并运输到CCD摄像机镜头前。那 么每次扔下l个物件，S型拉压力传感器2都测量出一个减重数值。 当全部物件4都放到输送皮带上后，吸盘托架3重量以及管路对S型 拉压力传感器2的内应力之和就是空重数值。所述列数值作差的目的 是利用上面得到的全重数值、减重数值和空重数值作减法后得到每个物件的实际被测重量。此种方法不仅可以解决上述称重难题，而且将 紧密排列的物件沿运转的输送皮带系统进行等间距的疏松排列，有利 于下个工序的处理。所述S型传感器是拉压力传感器的一种类型。S 型金属钢/铝的形状在承受拉压力之后会产生对称性形变，这种形变 作用在内部贴的形变传感器上，并配以全桥测量电路，转化成电信号 输出。之所以S型拉压力传感器应用广泛并性价比高，就是因为电信 号输出比值大，受力变形对称均匀。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是在垂直轴机械臂下 安装一S型拉压力传感器2、物件4 (例如4组)拾取释放机构、以 及在垂直轴机械臂侧面的动态称重电路板构成称重子系统。
S型拉压力传感器连同物件、物件拾取释放机构一起称重，即给 该传感器一个预重量值(大约1公斤多)，避免了该传感器在小量程 时，由于阻抗输出与动态称重电路最佳输入阻抗不匹配造成的大误 差，使所要测量物件重量组合在该传感器量程的中间段，利用该传感 器中间线形度最好、输入输出阻抗匹配最佳的拉压力一电压信号曲线 进行测量。该做法使得动态称重电路简化，实现了有效并快速称重。 消除经常的零点飘移和应力蠕动，恢复S型拉压力传感器称重精度也
是该发明考虑到的问题。
所釆用的方法是该传感器平时处于拉力状态，物件拾取释放机 构同时抓取起多枚物件时，让该传感器轻微过载，所受的拉力减至零、 变成压力，消除该传感器的应力迟滞和削减零点飘移量。其中，平时 状态，S型拉压力传感器因为下部悬挂的吸盘托架等(有重量)处于 拉力状态。那么时间长了， S型拉压力传感器的零点肯定漂移且S型拉 压力传感器也轻微变形，线形度也变化了影响测量精度。轻微过载就 是垂直直线导轨运动，将吸盘组件放在被吸物件上，并且向下施加一 定量的压力。那么对于S型拉压力传感器来讲，它处于压力状态，即 由拉力状态首先变成不受力状态，进而变成压力状态。此压力状态不大于S型拉压力传感器的受力上限。让S型拉压力传感器经常性地接受 拉力、压力这种对称性的受力肯定能削减零点漂移量。应力迟滞实际 上更多地表现在S型金属钢/铝的弹性变形范围变小，使用上述方法也 有效地恢复其弹性变形范围。
在拾取若干个物件，吊起至输送皮带位置，釆用沿皮带运动方向
依次释放物件，称重子系统釆集s型拉压力传感器的电信号经转换获
得重量差值。此方法借用电子天平的减砝码快速称重法，在其中加入 数字信号处理算法。第一，其消除晃动物件重量值的误差，第二消除 传感器输出信号的误差。经过转换后的重量值用数字通信的方式发送 出去，作为合格与否的依据和存档之用。所述减砝码称重是有一种千 分之一克称重天平，可以快速称量重量。其外形像一个玻璃方盒子， 底部表面是一个托盘，盛放被测物体。内部是一套放置/拾取砝码机 构。在称量开始前，托盘与砝码组构成一个杠杆机构。砝码组默认状 态是放在杠杆一端。将被测物体放在托盘上，内部的放置/拾取砝码 机构作折半操作，即先减下一半重量的砝码，看是大于还是小于被测 重量。如果大于则接着减下剩下一半重量的砝码，再次看是否大于还 是小于；小于则加上剩下一半重量的砝码。依此类推经过很少几次砝 码重量就可以接近被测物的实际重量。
其中，消除晃动物件重量值的误差的方法是，首先s型拉压力传
感器实际只能对一个方向作受力/称重测量，晃动物体重量的测量实 际上可以被分解为上述方向和某个方向的合力，即晃动物体重量的测 量数据之后很少一部分比较接近实际静态物体重量，这也就是f (t)=
e-"这个经典公式的来源。换句话讲，晃动物体以吸盘为圆心，在吸 盘托架下作圆弧往复阻尼运动(幅度越来越小接近静止)，S型拉压力 传感器输出垂直方向受力的电信号。其数据特征曲线无限逼近真实 值。因为采用阻尼吸盘托架的缘故，大概0.5秒钟内基本上停止晃动。 所以我们可以在规定时间内，获得所有测量数值，排序、选取大数值范围，接近实际重量的数值就存在那里边；然后修正后得到误差允许
的重量值。
消除传感器输出信号的误差的方法是，第一，缩短s型拉压力传 感器引线长度，减少了被电磁干扰的机会。第二，称重电路板与s型
拉压力传感器就近放置，信号用通信方式以数字量传输。第三，称重
电路板配套S型传感器的输出重量/电压表，智能消除应力迟滞以及 零点漂移。
本实施例优点在于可以将物件的搬运过程与称重过程组合在一 起，节约时间，快速获取每个物件的高精度(千分之一，或者克级重 量精度)重量值。它与传统的皮带秤相比，在称量精度上有着显著的 优势。为了达到有加速度下的，小重量、高精度的称重目的，本发明 提供了一种解决方法，在搬运物件过程中，稍作停顿、阻尼晃动情况 下依次抛下多个所要称重的物件，分别获取全重数值、依次减重数值 和空重数值。该系列数值作差后，进而得到误差范围可预知的每个物 件的重量值。此种方法不仅可以解决上述称重难题，而且将紧密排列 的物件沿运转的输送皮带系统进行等间距的疏松排列，有利于下个工 序的处理。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领 域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以 做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
10
权利要求
1、一种机械手悬臂称重装置，其特征在于，包括垂直直线导轨，在所述垂直直线导轨的下端装有拉压力传感器，在所述拉压力传感器的下端装有吸盘托架，所述吸盘托架与气泵、换向阀、管路一起构成物件拾取释放机构，所述拉压力传感器与称重电路板连接，所述垂直直线导轨与水平直线导轨相配合；所述垂直直线导轨可沿水平直线导轨左右位移，所述拉压力传感器、吸盘托架以及被吸盘托架拾取或释放的物件可沿垂直直线导轨上下位移。
2、 如权利要求1所述的机械手悬臂称重装置，其特征在于，在所述垂直直线导轨上装有垂直丝杠，所述垂直丝杠通过联轴器与第一伺服电机连接，所述垂直丝杠与垂直螺母配合，所述垂直螺母与拉压力传感器的一端连接，所述拉压力传感器的另一端与所述吸盘托架相连接。
3、 如权利要求2所述的机械手悬臂称重装置，其特征在于，在所述吸盘托架的下端装有若干个吸嘴，所述吸嘴经过管路、换向阀与所述气泵相连接。
4、 如权利要求3所述的机械手悬臂称重装置，其特征在于，所述换向阔与所述称重电路板电气连接，所述称重电路板可控制换向阀的换向。
5、 如权利要求2所述的机械手悬臂称重装置，其特征在于，所述垂直直线导轨与所述第一伺服电机固定在L形支架上。
6、 如权利要求1所述的机械手悬臂称重装置，其特征在于，在所述水平直线导轨上装有水平丝杠，所述水平丝杠通过联轴器与第二伺服电机连接，所述水平丝杆与水平螺母配合，所述水平螺母与垂直直线导轨相连接。
7、 如权利要求6所述的机械手悬臂称重装置，其特征在于，所述水平直线导轨与所述第二伺服电机固定在水平支架上，所述水平支架还与所述L形支架相连接。
8、 如权利要求2所述的机械手悬臂称重装置，其特征在于，所述拉压力传感器为s型拉压力传感器。
9、 如权利要求4所述的机械手悬臂称重装置，其特征在于，所述称重电路板安装在所述水平支架的一侧。
10、 如权利要求7所述的机械手悬臂称重装置，其特征在于，在所述称重电路板中设置有拉压力传感器信号转换电路和数字信号处理算法电路。
全文摘要
本发明涉及动态称重装置，具体涉及一种机械手悬臂称重装置，包括垂直直线导轨，所述垂直直线导轨的下端装有拉压力传感器，在所述拉压力传感器的下端装有吸盘托架，所述吸盘托架与气泵、换向阀、管路一起构成物件拾取释放机构，所述拉压力传感器与称重电路板连接，所述垂直直线导轨与水平直线导轨相配合；所述垂直直线导轨可沿水平直线导轨左右位移，所述拉压力传感器、吸盘托架以及被吸盘托架拾取或释放的物件可沿垂直直线导轨上下位移。该机械手悬臂称重装置可以将物件的搬运过程与称重过程结合在一起，既可节约时间，又能快速获取每个物件的高精度(千分之一，或者克级重量精度)重量值。它与传统的皮带秤相比，在称量精度上有着显著的优势。
文档编号G01G23/00GK101504307SQ20091008073
公开日2009年8月12日 申请日期2009年3月26日 优先权日2009年3月26日
发明者旭 白, 罗志强, 韩亚峰, 韩振江 申请人:北京兆维科技股份有限公司;北京兆维科技开发有限公司