一種應(yīng)用磁力架原理的磁性機(jī)械手的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型是涉及屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種應(yīng)用磁力架原理的磁性機(jī)械手，可應(yīng)用于多種機(jī)器人，如攀爬機(jī)器人，工業(yè)抓取機(jī)器人等。
【背景技術(shù)】
[0002]在機(jī)器自動(dòng)化技術(shù)如此發(fā)達(dá)的今天，通過(guò)機(jī)器人來(lái)完成人類難以完成的任務(wù)已經(jīng)變得很普遍，機(jī)器人已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用到軍用及民用工業(yè)生產(chǎn)，建筑制造，探測(cè)維修，搶險(xiǎn)救災(zāi)等各個(gè)領(lǐng)域。機(jī)械手是最早出現(xiàn)的工業(yè)機(jī)器人，也是最早出現(xiàn)的現(xiàn)代機(jī)器人，它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。
[0003]在現(xiàn)代生產(chǎn)過(guò)程中，機(jī)械手被廣泛的運(yùn)用于自動(dòng)生產(chǎn)線中，機(jī)械人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)鄰域內(nèi)，迅速發(fā)展起來(lái)的一門新興的技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合，現(xiàn)有的機(jī)械手往往存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、笨重等缺陷。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種應(yīng)用磁力架原理的機(jī)械手，本實(shí)用新型即可應(yīng)用于攀爬機(jī)器人，也可應(yīng)用于工廠流水線上用來(lái)實(shí)現(xiàn)抓取和搬運(yùn)功能的機(jī)器人，利用磁性產(chǎn)生的吸附力比較均勻，減少出現(xiàn)受力不均勻的情況，不僅如此，通過(guò)舵機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度還可以很好地控制磁性的大小，進(jìn)而影響機(jī)械手對(duì)目標(biāo)物體的抓取力度，從而可以實(shí)現(xiàn)最大效率地對(duì)不同重量的重物的抓取。
[0005]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:
[0006]—種應(yīng)用磁力架原理的磁性機(jī)械手，包括一具有封閉內(nèi)腔的主機(jī)架，所述主機(jī)架內(nèi)水平設(shè)置有一軟磁材料制成的空心圓柱筒，所述空心圓柱筒內(nèi)設(shè)置有繞空心圓柱筒軸線旋轉(zhuǎn)的條形永磁體，永磁體與空心圓柱筒的內(nèi)孔表面之間采用間隙較小的間隙配合，保證永磁體可以在圓柱孔內(nèi)部進(jìn)行流暢的轉(zhuǎn)動(dòng)。所述空心圓柱筒的一端設(shè)置有分別與所述永磁體和舵機(jī)輸出軸剛性連接的旋轉(zhuǎn)開關(guān)，所述主機(jī)架內(nèi)還豎直設(shè)置有將主機(jī)架均分有左右兩部分的黃銅條，所述主機(jī)架的內(nèi)腔中填充有軟磁材料。
[0007]本方案通過(guò)控制舵機(jī)旋轉(zhuǎn)永磁體使主機(jī)架內(nèi)的軟磁材料磁化使主機(jī)架底面產(chǎn)生強(qiáng)磁來(lái)吸附可被磁力吸附的物體，同時(shí)可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)永磁體使軟磁材料消磁，就可以很容易地將物體從主機(jī)架底面取下來(lái)了，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單操作簡(jiǎn)便。
[0008]進(jìn)一步地，所述主機(jī)架兩側(cè)還對(duì)稱地鉸接有旋轉(zhuǎn)手臂，所述旋轉(zhuǎn)手臂的尾端通過(guò)兩個(gè)相互垂直的彈簧與所述主機(jī)架相連接，當(dāng)吸附體積比較大的目標(biāo)物體時(shí)，旋轉(zhuǎn)手臂可以通過(guò)對(duì)彈簧的擠壓產(chǎn)生一個(gè)夾緊力，從而配合磁力，實(shí)現(xiàn)更加穩(wěn)定的夾持。
[0009]進(jìn)一步地，所述主機(jī)架的材料為鑄鐵，成本低，易加工，導(dǎo)磁性好。
[0010 ]進(jìn)一步地，所述軟磁材料為易磁化也易退磁的鐵氧體材料。
[0011]相比現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型的突出效果是:結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單容易實(shí)現(xiàn)，造型輕巧容易實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)，而且可以通過(guò)搭配不同的機(jī)器人實(shí)現(xiàn)其不同的功能，還能根據(jù)需要去設(shè)計(jì)不同的尺寸應(yīng)用在不同的場(chǎng)合。通過(guò)磁力去抓取磁性金屬的方式，可靠性高，而且易于控制，通過(guò)舵機(jī)和簡(jiǎn)單的控制電路就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)永磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)角度的精準(zhǔn)控制，從而控制磁力的大小。若是想實(shí)現(xiàn)在不同范圍內(nèi)的磁力變化，可以通過(guò)更改不同材質(zhì)的磁鐵去實(shí)現(xiàn)。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的機(jī)械手三維示意圖。
[0013]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例的機(jī)械手剖面示意圖。
[0014]圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例的機(jī)械手吸附物體時(shí)的內(nèi)部工作原理示意圖。
[0015]圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例的機(jī)械手抓取小物體時(shí)的工作示意圖。
[0016]圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例的機(jī)械手抓取大物體時(shí)的工作示意圖。
[0017]圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例的機(jī)械手連接舵機(jī)和豎直軸的三維示意圖。
[0018]圖中所述為:1-主機(jī)架;2-旋轉(zhuǎn)開關(guān);3-彈簧;4-旋轉(zhuǎn)手臂;5-底面;6_黃銅塊;7_永磁體;8-舵機(jī);9-豎直軸;I O-物體。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的目的作進(jìn)一步詳細(xì)地描述，實(shí)施例不能在此一一贅述，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式并不因此限定于以下實(shí)施例。
[°02°]如圖1和圖2所不，一種應(yīng)用磁力架原理的磁性機(jī)械手，包括一具有封閉內(nèi)腔的主機(jī)架I，所述主機(jī)架I的材料為鑄鐵，成本低，易加工，導(dǎo)磁性好，所述主機(jī)架I內(nèi)水平設(shè)置有一軟磁材料制成的空心圓柱筒，所述空心圓柱筒內(nèi)設(shè)置有繞空心圓柱筒軸線旋轉(zhuǎn)的條形永磁體7，永磁體與空心圓柱筒的內(nèi)孔表面之間采用間隙較小的間隙配合，保證永磁體可以在圓柱孔內(nèi)部進(jìn)行流暢的轉(zhuǎn)動(dòng)。所述空心圓柱筒的一端設(shè)置有分別與所述永磁體7和舵機(jī)8輸出軸剛性連接的旋轉(zhuǎn)開關(guān)2，所述主機(jī)架I內(nèi)還豎直設(shè)置有將主機(jī)架I均分有左右兩部分的黃銅條6，所述主機(jī)架I的內(nèi)腔中填充有軟磁材料，所述軟磁材料為易磁化也易退磁的鐵氧體材料。
[0021 ]本方案通過(guò)控制舵機(jī)旋轉(zhuǎn)永磁體使主機(jī)架I內(nèi)的軟磁材料磁化使主機(jī)架底面5產(chǎn)生強(qiáng)磁來(lái)吸附可被磁力吸附的物體，同時(shí)可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)永磁體使軟磁材料消磁，就可以很容易地將物體從主機(jī)架I底面取下來(lái)了，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單操作簡(jiǎn)便。
[0022]所述主機(jī)架I兩側(cè)還對(duì)稱地鉸接有旋轉(zhuǎn)手臂4，所述旋轉(zhuǎn)手臂4的尾端通過(guò)兩個(gè)相互垂直的彈簧與所述主機(jī)架I相連接，當(dāng)吸附體積比較大的目標(biāo)物體時(shí)，旋轉(zhuǎn)手臂可以通過(guò)對(duì)彈簧的擠壓產(chǎn)生一個(gè)夾緊力，從而配合磁力，實(shí)現(xiàn)更加穩(wěn)定的夾持。
[0023]如圖2所示，主機(jī)架I內(nèi)部的上下各有一塊黃銅塊6，主機(jī)架I內(nèi)部的主要材料是一種軟磁材料，軟磁材料是指在較弱的磁場(chǎng)下，易磁化也易退磁的一種鐵氧體材料，由于黃銅塊是不導(dǎo)磁的金屬，所以黃銅塊可以把主機(jī)架I分為左右兩個(gè)單獨(dú)的區(qū)域，磁導(dǎo)線無(wú)法形成閉合的回路，所以當(dāng)永磁體7豎直放置時(shí)，底面5基本無(wú)磁性。通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)開關(guān)，來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)里面的永磁體7，當(dāng)永磁體7的兩極處于水平方向時(shí)，主機(jī)架I兩邊的軟磁材料就被磁化了，這時(shí)底面5產(chǎn)生強(qiáng)磁，能夠用于吸住鋼鐵表面。而當(dāng)永磁體7保持豎直狀態(tài)時(shí)(長(zhǎng)條形磁鐵的正中間只有極小的磁性，可以不計(jì))，軟磁材料不會(huì)被磁化，所以此時(shí)底面5上幾乎沒有磁力，可以很容易地將鋼鐵取下來(lái)了。
[0024]圖3為機(jī)械手在吸附物體時(shí)內(nèi)部工作原理圖，主機(jī)架I內(nèi)部的永磁體7旋轉(zhuǎn)后，可使主機(jī)架I的底面5產(chǎn)生磁性吸附目標(biāo)物體，底面5吸附住金屬工件或攀爬桿件后，其內(nèi)部的磁場(chǎng)如圖3所示的黑色箭頭一樣，從N極出發(fā)，經(jīng)過(guò)目標(biāo)物體，最終回到S極，正是因?yàn)槠浯艌?chǎng)線的閉合保證了裝置的穩(wěn)定抓取，同時(shí)由有效磁通量公式可知，通過(guò)旋轉(zhuǎn)開關(guān)2調(diào)節(jié)磁場(chǎng)角度值從而控制磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小即可實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出磁場(chǎng)力大小的控制，使機(jī)械手夾持更具針對(duì)性，高效節(jié)能。因?yàn)閳D3所示的抓取到的目標(biāo)物橫向長(zhǎng)度較小，所以并未用到旋轉(zhuǎn)手臂4的夾持。
[0025]圖4為機(jī)械手在吸附較大體積物體時(shí)的示意圖，當(dāng)目標(biāo)物體體積較大時(shí)，考慮到在吸附體積較大物體時(shí)的平衡以及穩(wěn)定性問(wèn)題，兩個(gè)與彈簧3相連的旋轉(zhuǎn)手臂4就能夠起到額外的夾持作用，在進(jìn)行夾持時(shí)兩個(gè)旋轉(zhuǎn)手臂4產(chǎn)生的加持力為圖4中的FjPF2,而底面5產(chǎn)生的磁力載荷的等效力為F3,由于夾持的物體受到三個(gè)力，受力平衡，能夠保持比較穩(wěn)定的狀態(tài)，為機(jī)器人的下一步動(dòng)作提供了保障。
[0026]圖5為機(jī)械手吸附大面積平板狀目標(biāo)物時(shí)的示意圖，在吸附較大的平面狀物體時(shí)，比方說(shuō)金屬墻面，汽車底盤鋼板等，此時(shí)可以將旋轉(zhuǎn)手臂4翻轉(zhuǎn)一定角度，使其不會(huì)干涉到吸附的平板，機(jī)械手的底面5與平板能夠保證較好的磁性連接，故此處并不需要旋轉(zhuǎn)手臂4的夾持作用就能夠保證較好的吸附穩(wěn)定性。
[0027]圖6為磁性機(jī)械手連接舵機(jī)和豎直軸的三維示意圖，包括舵機(jī)8、連接主機(jī)架I的豎直軸9、被夾持的物體10。舵機(jī)8的主要作用是帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)開關(guān)2轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使機(jī)械手底面5產(chǎn)生磁性，吸附目標(biāo)物，而豎直軸9與機(jī)械手剛性連接，豎直軸9可以在Z軸方向上進(jìn)行上下移動(dòng)，若是需要實(shí)現(xiàn)水平方向上X軸和Y軸的移動(dòng)可以在豎直軸9上再擴(kuò)展連接能夠?qū)崿F(xiàn)水平面上移動(dòng)的導(dǎo)軌裝置。
[0028]本方面原理簡(jiǎn)單，操作方便可靠，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物體的抓取和釋放，應(yīng)用性較強(qiáng)。相比于氣壓驅(qū)動(dòng)式的機(jī)械手，該機(jī)械手原理簡(jiǎn)單，而且省去了笨重的氣缸、氣閥、氣罐和空壓機(jī)等裝置，裝置迷你輕巧，適合大批量生產(chǎn)，具有較高的可行性，而且利用磁性能夠?qū)Υ蟛糠纸饘賹?shí)現(xiàn)很好的吸附效果。
[0029]本實(shí)用新型的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型所作的舉例，而并非是對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種應(yīng)用磁力架原理的磁性機(jī)械手，其特征在于:包括一具有封閉內(nèi)腔的主機(jī)架(I)，所述主機(jī)架(I)內(nèi)水平設(shè)置有一軟磁材料制成的空心圓柱筒，所述空心圓柱筒內(nèi)設(shè)置有繞空心圓柱筒軸線旋轉(zhuǎn)的條形永磁體(7)，所述空心圓柱筒的一端設(shè)置有分別與所述永磁體(7)和舵機(jī)(8)輸出軸剛性連接的旋轉(zhuǎn)開關(guān)(2)，所述主機(jī)架(I)內(nèi)還豎直設(shè)置有將主機(jī)架(I)均分有左右兩部分的黃銅條(6)，所述主機(jī)架(I)的內(nèi)腔中填充有軟磁材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用磁力架原理的磁性機(jī)械手，其特征在于:所述主機(jī)架(I)兩側(cè)還對(duì)稱地鉸接有旋轉(zhuǎn)手臂(4)，所述旋轉(zhuǎn)手臂(4)的尾端通過(guò)兩個(gè)相互垂直的彈簧(3)與所述主機(jī)架(I)相連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用磁力架原理的磁性機(jī)械手，其特征在于:所述主機(jī)架(I)的材料為鑄鐵。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用磁力架原理的磁性機(jī)械手，其特征在于:所述軟磁材料為易磁化也易退磁的鐵氧體材料。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種應(yīng)用磁力架原理的磁性機(jī)械手，包括一具有封閉內(nèi)腔的主機(jī)架，所述主機(jī)架內(nèi)水平設(shè)置有一軟磁材料制成的空心圓柱筒，所述空心圓柱筒內(nèi)設(shè)置有繞空心圓柱筒軸線旋轉(zhuǎn)的條形永磁體，空心圓柱筒的一端設(shè)置有分別與所述永磁體和舵機(jī)輸出軸剛性連接的旋轉(zhuǎn)開關(guān)，所述主機(jī)架內(nèi)還豎直設(shè)置有將主機(jī)架均分有左右兩部分的黃銅條，所述主機(jī)架的內(nèi)腔中填充有軟磁材料。本實(shí)用新型通過(guò)旋轉(zhuǎn)永磁體控制磁性的有無(wú)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物體的抓取或釋放，利用軟磁性材料的易磁化和退磁快的特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物體抓取和釋放的功能，制作簡(jiǎn)單方便，可行性較強(qiáng)。
【IPC分類】B25J15/06, B25J15/08
【公開號(hào)】CN205325708
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201521140831
【發(fā)明人】周安泰, 李琳, 王家燊, 陳彥霖, 葛憲東
【申請(qǐng)人】華南理工大學(xué)
【公開日】2016年6月22日
【申請(qǐng)日】2015年12月30日