阅读说明：本技术 三维防碰撞传感器及感应处理系统 (Three-dimensional anti-collision sensor and induction processing system ) 是由 龚小林 于 2019-09-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种三维防碰撞传感器及感应处理系统,安装在工作机头与运动机构托架之间,包括壳体,壳体上开设有凹槽,凹槽内设置有安装承载头、感应元件和预紧螺栓,感应元件为圆环形压力传感片,圆环形压力传感片设置在凹槽的底部,感应元件上连接有用于传递信号的导线,安装承载头的底部抵压在圆环形压力传感片上,安装承载头的顶部与壳体在同一平面上,安装承载头的中心开设有供预紧螺栓穿过的中心孔,预紧螺栓依次穿过安装承载头和感应元件,将安装承载头和感应元件固定在壳体的凹槽内,三维防碰撞传感器与信号处理器电连接形成感应处理系统。本发明采用接触式感知原理,第一时间准确可靠地感知空间全方位的轻微碰撞,从而避免激烈碰撞事故发生。(The invention discloses a three-dimensional anti-collision sensor and an induction processing system, which are arranged between a working machine head and a motion mechanism bracket and comprise a shell, wherein a groove is formed in the shell, a bearing head, an induction element and a pre-tightening bolt are arranged in the groove, the induction element is a circular pressure sensing piece, the circular pressure sensing piece is arranged at the bottom of the groove, a lead for transmitting signals is connected to the induction element, the bottom of the bearing head is pressed against the circular pressure sensing piece, the top of the bearing head is arranged on the same plane with the shell, a central hole for the pre-tightening bolt to penetrate through is formed in the center of the bearing head, the pre-tightening bolt sequentially penetrates through the bearing head and the induction element, the bearing head and the induction element are fixed in the groove of the shell, and the three-dimensional anti-collision sensor is electrically connected with a signal. The invention adopts a contact sensing principle, accurately and reliably senses the all-around slight collision in space at the first time, thereby avoiding the occurrence of violent collision accidents.)

三维防碰撞传感器及感应处理系统

技术领域

本发明涉及传感器设备领域，具体涉及一种三维防碰撞传感器及感应处理系统。

背景技术

随着科技的不断发展，自动化生产设备已逐步取代人工生产，在自动化工业生产中经常会使用到多轴机械手臂带动工作机头运动，如点胶机、点焊机、贴片机、插件机、汽车零部件加工和3C产品制造等领域，在机械手臂带动工作机头快速运动的过程中易与工件、料盘、肢体等障碍物发生碰撞事故，一旦碰撞发生将造成不可逆的后果，轻则工作机头损坏，重则影响到人身安全。

为了防止工作机头发生碰撞，现有技术中，采用了多种防护措施，如采用限位开关、测距雷达、激光传感器、光幕传感器等等，但这些传感器都存在一定的缺陷：

限位开关：属于接触式传感，只能确定单一的方向，并且反应滞后，不易调整，易受干扰，碰撞易损坏。

测距雷达：受物体状况、空间环境影响大，难测运动物体。

激光传感器：反应缓慢，运动物体测量空间受限，成本高，遮挡无效。

光幕传感器：无法测透明物体，不能测微小物体，安装空间受限。

因此，现在急需一种能够测量全方位、安装方便、高性能快速响应的防止碰撞传感器。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种三维防碰撞传感器及感应处理系统，采用接触式感知原理，能够第一时间准确可靠地感知空间全方位的轻微碰撞，从而避免激烈碰撞事故的发生和延续破坏。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种三维防碰撞传感器，安装在工作机头与运动机构托架之间，包括壳体，所述壳体上开设有凹槽，所述凹槽内设置有安装承载头、感应元件和预紧螺栓，所述感应元件为圆环形压力传感片，所述圆环形压力传感片设置在所述凹槽的底部，所述感应元件上连接有用于传递信号的导线，所述安装承载头的底部抵压在所述圆环形压力传感片上，所述安装承载头的顶部与所述壳体在同一平面上，所述安装承载头的中心开设有供所述预紧螺栓穿过的中心孔，所述预紧螺栓依次穿过所述安装承载头和感应元件，将安装承载头和感应元件固定在所述壳体的凹槽内。

本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述壳体安装在运动机构托架上，所述工作机头安装在安装承载头上。

本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述壳体上开设有与所述运动机构托架连接的多个第一安装孔，多个所述第一安装孔贯穿所述壳体，多个所述第一安装孔位于所述壳体的四个角处。

本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述安装承载头上开设有与工作机头连接的若干第二安装孔，所述第二安装孔均匀分布在所述安装承载头上。

本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述预紧螺栓与所述安装承载头之间还设置有碟形弹片。

本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述感应元件与安装承载头之间设置有压力分散片。

本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述安装承载头的上方还设置有封盖。

本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述壳体底部上设置有***凹槽和安装承载头内的定位销。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种三维防碰撞感应处理系统，包括如权利要求1-8任意一项所述的三维防碰撞传感器，所述三维防碰撞感应处理系统还包括与所述称三维防碰撞传感器电连接的信号处理器，所述信号处理器包括信号捕捉单元、信号调理单元、信号转换单元、阈值比较单元、信号输出单元；当工作机头发生碰撞时，所述三维防碰撞传感器传出针尖状的模拟信号；

所述信号捕捉单元用于捕捉所述三维防碰撞传感器发出的针尖状的模拟信号；

所述信号调理单元将三维防碰撞传感器传出的针尖状的模拟信号的幅度放大调理，使模拟信号所携带的能量得到延展；

所述信号转换单元进行信号变换，将模拟信号转换成为数字信号；

所述阈值比较单元将得到的数字信号经过数字化处理后与预设的阈值信息进行比较，当得到的数字信号超过阈值信息时，所述信号输出单元输出能控制运动机构托架停机的信号，当得到的数字信号低于所述阈值信息时，所述信号输出单元输出控制运动机构托架正常运行的信号。

本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述阈值信息为不低于惯性信号的一组数值，所述惯性信号为运动机构托架带动工作机头正常工作时三维防碰撞传感器传出的感应信号的最大值。

本发明的有益效果：

本发明的三维防碰撞传感器，采用圆环形压力传感片，能够空间360°全方位地感知碰撞事件，形成碰撞感应信号，并且将本发明的三维防碰撞传感器安装在工作机头与运动机构托架之间，采用接触式的感知方式，能够第一时间感知碰撞事件，响应速度快，不受物体状况、空间环境的影响。

本发明的三维防碰撞感应处理系统，采用信号处理器，包括信号捕捉单元、信号调理单元、信号转换单元、阈值比较单元、信号输出单元，由于碰撞事件产生的信号为瞬时的针尖状信号，不方便信号转换单元进行信号转换，所以本发明中采用信号调理单元进行幅度放大调理，使信号所携带的能量得到延展，能够有效地克服信号衰减，便于信号转换，并且将转换后的数字信号与阈值信息进行比较，从而能够快速对是否发生碰撞作出判断，设置阈值信息也能减少三维防碰撞感应处理系统的误报率。

附图说明

图1是本发明的三维防碰撞传感器的***结构示意图；

图2是本发明的三维防碰撞传感器的安装结构示意图；

图3是本发明的三维防碰撞感应处理系统的原理框图。

图中标号说明：1、壳体；2、凹槽；3、安装承载头；4、感应元件；5、预紧螺栓；6、碟形弹片；7、压力分散片；8、封盖；9、定位销；10、第一安装孔；11、第二安装孔；13、工作机头；14、运动机构托架；15、转接块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

参照图1所示，本发明的三维防碰撞传感器的一实施例，安装在工作机头13与运动机构托架14之间，包括壳体1，所述壳体1上开设有凹槽2，所述凹槽2内设置有安装承载头3、感应元件4和预紧螺栓5，所述感应元件4为圆环形压力传感片，所述圆环形压力传感片设置在所述凹槽2的底部，所述感应元件4上连接有用于传递信号的导线，所述安装承载头3的底部抵压在所述圆环形压力传感片上，所述安装承载头3的顶部与所述壳体1在同一平面上，所述安装承载头3的中心开设有供所述预紧螺栓5穿过的中心孔，所述预紧螺栓5依次穿过所述安装承载头3和感应元件4，将安装承载头3和感应元件4固定在所述壳体1的凹槽2内。

参照图1-2所示，本实施例中的三维防碰撞传感器的具体安装位置为：所述壳体1安装在运动机构托架14上，所述壳体1上开设有与所述运动机构托架14连接的多个第一安装孔10，多个所述第一安装孔10贯穿所述壳体1，多个所述第一安装孔10位于所述壳体1的四个角处，所述工作机头13安装在安装承载头3上，所述安装承载头3上开设有与工作机头13连接的若干第二安装孔11，所述第二安装孔11均匀分布在所述安装承载头3上，本实施例中，所述安装承载头3通过转接块15与所述工作机头13连接。

具体地，本实施例中的工作机头13无论从任何方向移动，当发生轻微碰撞时，由于工作机头13与安装承载头3固定连接，所述工作机头13都会挤压安装承载头3，所述安装承载头3抵压在圆环形压力传感片，安装承载头3受到的挤压力必然会传递到圆环形压力传感片上，圆环形压力传感片通过导线将挤压形变的信号传出，形成碰撞感应信号，迫使运动机构托架14快速停机，大幅降低碰撞事故的激烈程度，避免碰撞能量造成持续破坏。

优选地，所述预紧螺栓5与所述安装承载头3之间还设置有碟形弹片6，设置所述碟形弹片6一方面能够防止预紧螺栓5松动，当预紧螺栓5出现松弛时，碟形弹片6释放部分势能以保持预紧螺栓5与安装承载头3连接间的压力达到预设要求，另一方面碟形弹片6应力分布由里到外均匀递减，能够实现低行程高补偿力的效果，增加碰撞事故发生时挤压力的传递效能。

优选地，所述感应元件4与安装承载头3之间设置有压力分散片7，所述压力分散片7垫在所述感应元件4的上方，用于分散碰撞后局部的压力，保护感应元件4在碰撞时不受损坏。

优选地，所述安装承载头3的上方还设置有封盖8，用封盖8封堵所述安装承载头3，一方面防止灰尘进入影响感应元件4的精度，另一方面也使感应元件4处于相对屏蔽的空间中，防止外部环境对感应元件4造成电磁干扰。

优选地，所述壳体1底部上设置有***凹槽2和安装承载头3内的定位销9，所述定位销9将安装承载头3在壳体1内的位置固定，防止安装承载头3在壳体1内转动。

参照图3所述，本发明的三维防碰撞感应处理系统的一实施例，包括上述的三维防碰撞传感器，所述三维防碰撞感应处理系统还包括与所述称三维防碰撞传感器电连接的信号处理器，所述信号处理器包括信号捕捉单元、信号调理单元、信号转换单元、阈值比较单元、信号输出单元；当工作机头发生碰撞时，由于碰撞后会发生瞬时的形变，所以所述三维防碰撞传感器会传出针尖状的模拟信号；

所述信号捕捉单元用于捕捉所述三维防碰撞传感器发出的针尖状的模拟信号，并将信号传递给信号捕捉单元；

由于针尖状的模拟信号不方便信号转换单元进行信号转换，所以使用所述信号调理单元将三维防碰撞传感器传出的针尖状的模拟信号进行幅度放大调理，使信号所携带的能量得到延展；

所述信号转换单元进行信号变换，将模拟信号转换成为数字信号，从而实现将机械碰撞形变产生的动能冲量转换为模拟信号所携带的电能量，最后转化为数字信息，达到可以量化比较的目的；

所述阈值比较单元将得到的数字信息与预设的阈值信息进行比较，当得到的数字信息超过阈值信息时，所述信号输出单元输出能控制运动机构托架停机的信号，当得到的数字信息低于所述阈值信息时，所述信号输出单元输出控制运动机构托架正常运行的信号。

具体地，所述阈值信息为不低于惯性信号的一组数值，所述惯性信号为运动机构托架带动工作机头正常工作时三维防碰撞传感器传出的感应信号的最大值，为了进一步防止误报的发生，设置阈值信息的时候，还会在测量出的运动机构托架带动工作机头正常工作时三维防碰撞传感器传出的感应信号的最大值的基础上，提高30％～100％，作为安全系数，防止出现误报的情况。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。