CN111168713A - 电磁推进机构及夹料装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电磁推进机构及夹料装置，包括：固定电极；推进电极，所述推进电极设置于所述固定电极上，所述固定电极用于输出电磁力以驱动所述推进电极在所述固定电极上滑移；及驱动臂组，所述驱动臂组与所述推进电极驱动连接，用于跟随所述推进电极同步伸缩滑移。本方案的电磁推进机构采用的是无形的电磁力作用于固定电极和推进电极之间，使推进电极与固定电极发生相互滑动实现，因此不仅响应速度快，并且刚性冲击小，抵抗外界冲击的能力显著提高，更对于易碎物料而言，可有效防止夹碎的问题发生，提升欠驱动机械手工作可靠性。

Description

电磁推进机构及夹料装置

技术领域

本发明涉及机械手技术领域，特别是涉及一种电磁推进机构及夹料装置。

背景技术

机械行业中，一般采用机械手来实现物料的夹取或释放。出于提高系统设计集成性、紧凑性等因素考虑，通常会减少执行器(如驱动电机)的数目，进而形成执行器的数目少于机械手自由度数目的欠驱动方案。

目前，应用比较广泛的欠驱动机械手分为传统机械手和软体机械手两类。但不论是哪类机械手，其动力装置一般都采用丝杠螺母副的机械结构，即将电机的回转运动转换为机械手的直线往复运动。由于存在加工精度、装配精度误差等因素影响，丝杠螺母副的机械驱动结构存在刚性冲击大、响应速度慢、抗外界冲击能力弱的缺点，极易导致物品被夹碎等问题发生。

发明内容

基于此，有必要提供一种电磁推进机构及夹料装置，旨在解决现有技术刚性冲击大，响应速度慢，抗外界冲击能力弱的问题。

其技术方案如下：

一方面，本申请提供一种电磁推进机构，其包括：

固定电极；

推进电极，所述推进电极设置于所述固定电极上，所述固定电极用于输出电磁力以驱动所述推进电极在所述固定电极上滑移；及

驱动臂组，所述驱动臂组与所述推进电极驱动连接，用于跟随所述推进电极同步伸缩滑移。

上述方案的电磁推进机构应用装备于夹料装置中，具体用于与欠驱动机械手组装配合，为欠驱动机械手夹取或松开物料提供驱动力。具体而言，工作时将电磁推进机构与动力控制装置电连接，即将固定电极与动力控制装置电连接良好以获取工作所需的电能。当固定电极被通电后，固定电极能够产生电磁力，推进电极在电磁力的驱动下便能够在固定电极上滑移，相应的驱动臂组也能够同步进行伸缩滑移；换言之，当为固定电极通电后，驱动臂组滑移伸出时，预装于驱动臂组上的欠驱动机械手便会朝物料靠近并夹取，而当为固定电极断电后，驱动臂组依靠自重回缩时，欠驱动机械手则会松开物料。相较于传统采用机械驱动结构而言，本方案的电磁推进机构采用的是无形的电磁力作用于固定电极和推进电极之间，使推进电极与固定电极发生相互滑动实现，因此不仅响应速度快，并且刚性冲击小，抵抗外界冲击的能力显著提高，更对于易碎物料而言，可有效防止夹碎的问题发生，提升欠驱动机械手工作可靠性。

下面对本申请的技术方案作进一步的说明：

在其中一个实施例中，所述推进电极套装于所述固定电极的外部，所述固定电极包括同轴连接的第一S极体和第一N极体，所述推进电极包括同轴连接的第二S极体和第二N极体，所述第一N极体用于与所述第二S极体相互吸引，与所述第二N极体相互排斥；所述第一S极体与所述第二S极体相互排斥，与所述第二N极体相互吸引。

在其中一个实施例中，所述第一S极体和所述第一N极体的数量均为至少两个且均同轴连接，所述第一S极体与所述第一N极体一一交替布置。

在其中一个实施例中，所述固定电极还包括固定杆，所有所述第一S极体和所述第一N极体均套装于所述固定杆上；或者任意相邻的两所述第一S极体与所述第一N极体之间通过第一粘接件粘结。

在其中一个实施例中，所述固定杆的端部设有端挡板，所述端挡板与所述推进电极限位配合。

在其中一个实施例中，所述推进电极还包括固定筒，所述第二S极体和所述第二N极体套固于所述固定筒的内壁上；或者，所述第二S极体与所述第二N极体之间通过第二粘接件粘结。

在其中一个实施例中，所述推进电极与所述固定电极间隙配合。

在其中一个实施例中，所述电磁推进机构还包括第一安装座，所述固定电极设置于所述第一安装座上，所述驱动臂组转动设置于所述第一安装座上。

在其中一个实施例中，所述电磁推进机构还包括第二安装座，所述第二安装座与所述驱动臂组远离所述第一安装座的一端转动连接，所述第二安装座能够靠近或远离所述第一安装座。

在其中一个实施例中，所述驱动臂组包括驱动臂单元，所述驱动臂单元包括第一驱动臂，所述第一驱动臂的一端与所述推进电极连接，所述第一驱动臂的另一端与所述第二安装座连接。

在其中一个实施例中，所述驱动臂单元还包括第二驱动臂和第三驱动臂，所述第一驱动臂的一端与所述推进电极铰接，所述第一驱动臂的另一端与所述第二驱动臂铰接，所述第二驱动臂的一端与所述第一安装座铰接，所述第二驱动臂的另一端与所述第三驱动臂的一端铰接，所述第三驱动臂的另一端与所述第二安装座铰接。

在其中一个实施例中，所述第三驱动臂的中部还设有选装铰接部，所述第二驱动臂远离所述第一安装座的端部用于与所述选装铰接部铰接，用于使所述电磁推进机构在不同工作模式间切换以满足不同工况要求。

在其中一个实施例中，所述选装铰接部为至少两个，并沿所述第三驱动臂的长度方向排布。

在其中一个实施例中，所述驱动臂单元为两个并对称连接于所述推进电极的相对两侧。

在其中一个实施例中，所述电磁推进机构还包括弹性复位件，所述弹性复位件的一端连接所述驱动臂组或所述第二安装座，所述弹性复位件的另一端连接所述第一安装座。

此外，本申请还提供一种夹料装置，其包括欠驱动机械手和如上所述的电磁推进机构，所述欠驱动机械手与所述电磁推进机构连接。

附图说明

图1为本发明一实施例所述的电磁推进机构的结构示意图；

图2为本发明一实施例所述的电磁推进机构的工作原理示意图。

附图标记说明：

10、固定电极；11、第一S极体；12、第一N极体；13、固定杆；20、推进电极；21、第二S极体；22、第二N极体；30、驱动臂单元；31、第一驱动臂；32、第二驱动臂；33、第三驱动臂；34、旋装铰接部；40、第一安装座；50、第二安装座。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”、“设置于”或“安设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件；一个元件与另一个元件固定连接的具体方式可以通过现有技术实现，在此不再赘述，优选采用螺纹连接的固定方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明中所述“第一”、“第二”不代表具体的数量及顺序，仅仅是用于名称的区分。

本申请要求保护一种夹料装置，用于实现各类物料的夹取、移载和释放，以协助加工装置完成加工作业。该夹料装置主要由动力控制装置、欠驱动机械手和电磁推进机构三部分主要构件以及一些附属构件组装构成，电磁推进机构与动力控制装置电连接，所述欠驱动机械手与所述电磁推进机构驱动连接。

可以理解的，根据实际需要，欠驱动机械手可以是传统的刚性机械结构机械手或者软体机械手。

如图1所示，为本申请一实施例展示的电磁推进机构，其包括：第一安装座40、第二安装座50、固定电极10、推进电极20及驱动臂组。所述固定电极10设置于所述第一安装座40上。可选地，固定电极10为柱状或杆状结构，垂直安装在第一安装座40的中部位置。所述驱动臂组转动设置于所述第一安装座40上并布置在固定电极10的外侧。第一安装座40用于与动力驱动装置组装连接，使得固定电极10能够从动力驱动装置处获得电能而产生电磁力。

所述第二安装座50与所述驱动臂组远离所述第一安装座40的一端转动连接，所述第二安装座50能够靠近或远离所述第一安装座40。第二安装座50用于承载固定欠驱动机械手，并带动欠驱动机械手靠近或远离物料。

所述推进电极20设置于所述固定电极10上，当所述固定电极10被通电后，固定电极10用于输出电磁力以驱动所述推进电极20在所述固定电极10上滑移；所述驱动臂组与所述推进电极20驱动连接，用于跟随所述推进电极20同步伸缩滑移。

综上，实施本申请技术方案将具有如下有益效果：上述方案的电磁推进机构应用装备于夹料装置中，具体用于与欠驱动机械手组装配合，为欠驱动机械手夹取或松开物料提供驱动力。具体而言，工作时将电磁推进机构与动力控制装置电连接，即将固定电极10与动力控制装置电连接良好以获取工作所需的电能。当固定电极10被通电后，固定电极10能够产生电磁力，推进电极20在电磁力的驱动下便能够在固定电极10上滑移，相应的驱动臂组也能够同步进行伸缩滑移；换言之，当为固定电极10通电后，驱动臂组滑移伸出时，预装于驱动臂组上的欠驱动机械手便会朝物料靠近并夹取，而当为固定电极10断电后，驱动臂组依靠自重回缩时，欠驱动机械手则会松开物料。相较于传统采用机械驱动结构而言，本方案的电磁推进机构采用的是无形的电磁力作用于固定电极10和推进电极20之间，使推进电极20与固定电极10发生相互滑动实现，因此不仅响应速度快，并且刚性冲击小，抵抗外界冲击的能力显著提高，更对于易碎物料而言，可有效防止夹碎的问题发生，提升欠驱动机械手工作可靠性。

需要说明的是，固定电极10上产生的电磁力大小与动力驱动装置输出电流的大小相关。即当输出电流较大时，固定电极10产生的电磁力也相应增大，此时电磁力对推进电极20的驱动作用显著，推进电极20的动作响应速度快，移动速度也快。反之亦然，但电流大小减小会使得耗费的电量少，此时电磁推进机构可处于低能耗模式运行，保证机构运行更加经济。

为保证组装及相对滑移可靠，较佳的推进电极20设计为圆筒体结构，因而所述推进电极20能够套装于所述固定电极10的外部。而为了减轻推进电极20与固定电极10相对滑移时的摩擦阻力和磨耗，所述推进电极20与所述固定电极10间隙配合。但需要注意间隙值不宜过大，否则容易导致推进电极20相对固定电极10发生偏摆或颤振，影响欠驱动机械手对物料的抓取精度。

请继续参阅图1和图2，一实施例中，所述固定电极10包括同轴连接的第一S极体11和第一N极体12，所述推进电极20包括同轴连接的第二S极体21和第二N极体22，所述第一N极体12用于与所述第二S极体21相互吸引，与所述第二N极体22相互排斥；所述第一S极体11与所述第二S极体21相互排斥，与所述第二N极体22相互吸引。电磁推进机构处于初始位置时，推进电极20位于固定电极10的底端，即此时第二S极体21和第二N极体22处于第一N极体12的后方，第一S极体11处于更远离推进电极20的远方。当固定电极10通电后，首先第一N极体12会对第二S极体21产生磁吸力，因而推进电极20被吸引而向前滑移；当移动一段距离后，第一S极体11会逐渐与第二S极体21相对，第一N极体12会逐渐与第二N极体22相对，如此又会产生排斥力而进一步推动推进电极20向前推进，由此便可实现驱动驱动臂组伸展变形而带动欠驱动机械手靠近并抓取物料。该结构设计能够产生持续且可靠的电磁力，实现欠驱动机械手的快速动作，并利于提升工作节拍。此外，即便此时受到物料的刚性冲击或外部冲击时，由于推进电极20与固定电极10之间不存在直接连接，因而电磁推进机构并不会受到刚性冲击损坏，只是电磁力会被消耗一部分而已。

进一步地，为增加电磁推进机构的移动行程，使欠驱动机械手能够在空间受限的场合中抓取更远距离的物料，所述第一S极体11和所述第一N极体12的数量均为至少两个且均同轴连接，所述第一S极体11与所述第一N极体12一一交替布置。如此一来，固定电极10能够对推进电极20之间形成不断变化的磁极对应关系，进而可产生连续衔接的磁吸力和排斥力，进而推动推进电极20不断向前行进。

请继续参阅图1，此外，一实施例中，所述固定电极10还包括固定杆13，所有所述第一S极体11和所述第一N极体12均套装于所述固定杆13上；固定杆13的一端固定安装在第一安装座40的中部，另一端指向第二安装座50。固定杆13能够承载固定各第一S极体11和第一N极体12，保证第一S极体11和第一N极体12安装牢固可靠，使固定电极10结构稳定性强。可选地，各第一S极体11和第一N极体12采用过盈方式固定在固定杆13外壁上。

或者，作为上述实施例可替代的实施例，也可以使任意相邻的两所述第一S极体11与所述第一N极体12之间通过第一粘接件粘结。通过粘结力也能够保证各第一S极体11与第一N极体12组装牢固。

可选地，第一粘接件可以是但不限于胶水、双面胶等。

进一步地，所述固定杆13的端部设有端挡板，所述端挡板与所述推进电极20限位配合。当推进电极20移动到靠近第二安装座50的极限位置时，能够被端挡板阻挡而避免从固定电极10上脱落。端挡板可以是与固定杆13一体成型的，也可以是可拆卸装配的。较佳地，端挡板与固定杆13可拆卸连接，以方便维保更换时，将推进电极20从固定杆13上拆卸下来。

此外，一实施例中，所述推进电极20还包括固定筒，所述第二S极体21和所述第二N极体22套固于所述固定筒的内壁上。如此，第二S极体21和第二N极体22便能够牢固固定在固定筒上，进而能够整体套装固定在固定电极10外部，并最终相对固定电极10整体滑移推进。或者，在另一实施例中，所述第二S极体21与所述第二N极体22之间通过第二粘接件粘结，从而连接固定为一体，并能够整体套装在固定电极10外部，配合不断变化的磁极而持续向前推进。

可选地，第二粘接件可以是但不限于胶水、双面胶等。

需要说明的是，上述方案中采用交替布置的多个第一S极体11和第一N极体12的磁极变化的特点驱动推进电极20持续推进的方式并非唯一。其它方案中，还可以将固定电极10直接替换为滑轴，推进电极20仍然滑动套装在滑轴上，而在推进电极20的邻近侧安装气缸以及与气缸驱动连接的导引电极，导引电极通电后能够对推进电极20产生磁吸力。随着气缸活塞杆伸出，导引电极向前移动，即可借助磁吸力牵引着推进电极20在滑轴上滑移，从而实现与本方案基本相同或更好的技术效果。

请继续参阅图1，一实施例中，所述驱动臂组包括驱动臂单元30，所述驱动臂单元30包括第一驱动臂31，所述第一驱动臂31的一端与所述推进电极20连接，所述第一驱动臂31的另一端与所述第二安装座50连接。如此，当推进电极20在固定电极10上滑移向前时，可同步带动第一驱动臂31推进前移，第一驱动臂31进而就能够顶推第二安装座50推进，使欠驱动机械手靠近并抓取物料。

进一步地，所述驱动臂单元30还包括第二驱动臂32和第三驱动臂33，所述第一驱动臂31的一端与所述推进电极20铰接，所述第一驱动臂31的另一端与所述第二驱动臂32铰接，所述第二驱动臂32的一端与所述第一安装座40铰接，所述第二驱动臂32的另一端与所述第三驱动臂33的一端铰接，所述第三驱动臂33的另一端与所述第二安装座50铰接。此时，第一驱动臂31、第二驱动臂32与第三驱动臂33相互配合构成伸缩铰接连杆机构，通过第一驱动臂31传递传动力，第三驱动臂33能够相对第二驱动臂32摆转而近似趋于同一直线上，实现驱动臂组伸展变长，以顶推欠驱动机械手靠近并抓取物料。或者当推进电极20回落时，第一驱动臂31推动第二驱动臂32朝外(远离固定电极10方向)方向摆转，第二驱动臂32紧接着拉动第三驱动臂33摆动，第三驱动臂33与第二驱动臂32形成小角度的V字形布置，即实现驱动臂组回缩，以拉动欠驱动机械手远离并释放物料。

由于上述方案中第一驱动臂31、第二驱动臂32和第三驱动臂33之间，第二驱动臂32与第一安装座40之间以及第三驱动臂33与第二安装座50之间采用铰接结构连接，因而即便受到物料的反作用冲击力或外部其它冲击力时，也能够通过转动溃缩的方式予以缓冲自保，确保自身结构不会受到刚性冲击损坏。

可以理解，第一驱动臂31、第二驱动臂32和第三驱动臂33之间，第二驱动臂32与第一安装座40之间以及第三驱动臂33与第二安装座50之间采用铰孔与铰轴组装的铰接结构实现转动连接。

此外，所述第三驱动臂33的中部还设有选装铰接部，所述第二驱动臂32远离所述第一安装座40的端部用于与所述选装铰接部铰接。较佳地，所述选装铰接部为至少两个，并沿所述第三驱动臂33的长度方向排布，用于使所述电磁推进机构在不同工作模式间切换以满足不同工况要求。具体而言，旋装铰接部34也设计为铰孔结构，两个中间位置的铰孔间隔布置；且两个中间位置的铰孔与第三驱动臂33两端部的铰孔也间隔布置。当第二驱动臂32与沿着靠近第二安装座50的方向与不同铰孔连接时，此时第二驱动臂32与第三驱动臂33形成的力臂逐渐变短，因而所需摆转的电磁驱动力也越来越小，即越省力，如此能够达到在相同电磁推力的情况下达到减速增利的效果。但当第二驱动臂32与沿着远离第二安装座50的方向与不同铰孔连接时，此时第二驱动臂32与第三驱动臂33形成的力臂逐渐变长，此时虽然所需摆转的电磁驱动力会逐渐增加，但响应速度也随之增加，如此又能够达到在相同电磁推力的情况下达到增速减力的效果。上述方案能够使电磁推进机构进入不同工作模式，形成的不同驱动效果能够适用于不同工况要求，大大提升其适用范围和工作能力。

较佳地实施例中，所述驱动臂单元30为两个并对称连接于所述推进电极20的相对两侧。如此一来，推进电极20能够受到双侧驱动臂单元30施加的均衡作用力，防止滑移时发生歪斜卡死，并且两个驱动臂单元30同时支撑驱动第二安装座50和欠驱动机械手，可靠性更高。

如上述实施例所述，当需要释放物料时，需要首先断掉固定电极10的供给电量，之后在欠驱动机械手、第二安装座50等部件的自重下自行回落。而为了避免出现机械卡阻导致推进电极20无法顺仓复位，或者复位速度过小，影响工作节拍和效率。在本申请进一步的实施方案中，所述电磁推进机构还包括弹性复位件，所述弹性复位件的一端连接所述驱动臂组或所述第二安装座50，所述弹性复位件的另一端连接所述第一安装座40。当推进电极20推进前移后，弹性复位件处于拉伸状态；而当固定电极10断电后，借助弹性复位件的回弹力，能够迅速拉动推进电极20复位，即实现欠驱动机械手释放物料的目的。

可选地，上述的弹性复位件可以是但不限于弹簧。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (16)

1.一种电磁推进机构，其特征在于，包括：

固定电极；

推进电极，所述推进电极设置于所述固定电极上，所述固定电极用于输出电磁力以驱动所述推进电极在所述固定电极上滑移；及

驱动臂组，所述驱动臂组与所述推进电极驱动连接，用于跟随所述推进电极同步伸缩滑移。

2.根据权利要求1所述的电磁推进机构，其特征在于，所述推进电极套装于所述固定电极的外部，所述固定电极包括同轴连接的第一S极体和第一N极体，所述推进电极包括同轴连接的第二S极体和第二N极体，所述第一N极体用于与所述第二S极体相互吸引，与所述第二N极体相互排斥；所述第一S极体与所述第二S极体相互排斥，与所述第二N极体相互吸引。

3.根据权利要求2所述的电磁推进机构，其特征在于，所述第一S极体和所述第一N极体的数量均为至少两个且均同轴连接，所述第一S极体与所述第一N极体一一交替布置。

4.根据权利要求3所述的电磁推进机构，其特征在于，所述固定电极还包括固定杆，所有所述第一S极体和所述第一N极体均套装于所述固定杆上；或者，任意相邻的两所述第一S极体与所述第一N极体之间通过第一粘接件粘结。

5.根据权利要求4所述的电磁推进机构，其特征在于，所述固定杆的端部设有端挡板，所述端挡板与所述推进电极限位配合。

6.根据权利要求2所述的电磁推进机构，其特征在于，所述推进电极还包括固定筒，所述第二S极体和所述第二N极体套固于所述固定筒的内壁上；或者，所述第二S极体与所述第二N极体之间通过第二粘接件粘结。

7.根据权利要求2所述的电磁推进机构，其特征在于，所述推进电极与所述固定电极间隙配合。

8.根据权利要求1所述的电磁推进机构，其特征在于，所述电磁推进机构还包括第一安装座，所述固定电极设置于所述第一安装座上，所述驱动臂组转动设置于所述第一安装座上。

9.根据权利要求8所述的电磁推进机构，其特征在于，所述电磁推进机构还包括第二安装座，所述第二安装座与所述驱动臂组远离所述第一安装座的一端转动连接，所述第二安装座能够靠近或远离所述第一安装座。

10.根据权利要求9所述的电磁推进机构，其特征在于，所述驱动臂组包括驱动臂单元，所述驱动臂单元包括第一驱动臂，所述第一驱动臂的一端与所述推进电极连接，所述第一驱动臂的另一端与所述第二安装座连接。

11.根据权利要求10所述的电磁推进机构，其特征在于，所述驱动臂单元还包括第二驱动臂和第三驱动臂，所述第一驱动臂的一端与所述推进电极铰接，所述第一驱动臂的另一端与所述第二驱动臂铰接，所述第二驱动臂的一端与所述第一安装座铰接，所述第二驱动臂的另一端与所述第三驱动臂的一端铰接，所述第三驱动臂的另一端与所述第二安装座铰接。

12.根据权利要求11所述的电磁推进机构，其特征在于，所述第三驱动臂的中部还设有选装铰接部，所述第二驱动臂远离所述第一安装座的端部用于与所述选装铰接部铰接，用于使所述电磁推进机构在不同工作模式间切换以满足不同工况要求。

13.根据权利要求12所述的电磁推进机构，其特征在于，所述选装铰接部为至少两个，并沿所述第三驱动臂的长度方向排布。

14.根据权利要求10至13任一项所述的电磁推进机构，其特征在于，所述驱动臂单元为两个并对称连接于所述推进电极的相对两侧。

15.根据权利要求14所述的电磁推进机构，其特征在于，所述电磁推进机构还包括弹性复位件，所述弹性复位件的一端连接所述驱动臂组或所述第二安装座，所述弹性复位件的另一端连接所述第一安装座。

16.一种夹料装置，其特征在于，包括欠驱动机械手和如上述权利要求1至15任一项所述的电磁推进机构，所述欠驱动机械手与所述电磁推进机构连接。

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