CN114407081A - 一种混合变阻抗机械臂末端被动柔顺装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合变阻抗机械臂末端被动柔顺装置，其包括壳体，壳体的上端口和下端口位于同一轴线上；上端连接板的外周与壳体的内腔滑动配合，上端连接板的背面中部固设有与上端口滑动连接的上端轴，上端电磁铁和上端永磁体固定在上端连接板的正面上；下端连接板的外周与壳体的内腔滑动配合，下端连接板的背面中部固设有与下端口滑动连接的下端轴，下端电磁铁和下端永磁体固定在下端连接板的正面上；上端永磁体与下端永磁体相对间隔设置且上、下端永磁体的充磁方向相反；上端电磁铁与下端电磁铁相对间隔设置且上、下端电磁铁的充磁方向相反。采用本发明，既能在作业开始之前改变基础阻抗，又能在作业过程中改变在线阻抗。

Description

一种混合变阻抗机械臂末端被动柔顺装置

技术领域

本发明属于机械臂技术领域，具体涉及一种混合变阻抗机械臂末端被动柔顺装置。

背景技术

现有应用于机械臂自主装配中的被动柔顺装置是由并联弹簧、阻尼器或橡胶材料组成，通过被动柔顺装置自带的刚度或阻尼实现机械臂末端和外界接触时的柔顺接触效果。在此基础上，通过调节弹簧或橡胶材料的初始状态，可改变被动柔顺装置的阻抗大小。但这种结构仅能在作业开始前调节，无法在作业过程中改变，无法适用同一作业任务的不同阶段。

发明内容

本发明的目的是提供一种既能在作业开始之前改变基础阻抗，又能在作业过程中改变在线阻抗的混合变阻抗机械臂末端被动柔顺装置。

为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

一种混合变阻抗机械臂末端被动柔顺装置，其包括壳体，以及设置于所述壳体内的上端连接板、下端连接板、上端磁力组件和下端磁力组件，所述壳体设有上端口和下端口，所述上端口和所述下端口位于同一轴线上；所述上端连接板的外周与所述壳体的内腔滑动配合，所述上端连接板的背面中部固设有与所述上端口滑动连接的上端轴，所述上端磁力组件固定在所述上端连接板的正面上，所述上端磁力组件包括上端电磁铁和上端永磁体；所述下端连接板的外周与所述壳体的内腔滑动配合，所述下端连接板的背面中部固设有与所述下端口滑动连接的下端轴，所述下端磁力组件固定在所述下端连接板的正面上，所述下端磁力组件包括下端电磁铁和下端永磁体；所述上端永磁体与所述下端永磁体相对间隔设置，且所述上端永磁体的充磁方向与所述下端永磁体的充磁方向相反；所述上端电磁铁与所述下端电磁铁相对间隔设置，且所述上端电磁铁的充磁方向与所述下端电磁铁的充磁方向相反。

作为本发明的优选方案，所述上端永磁体固定在所述上端连接板的中部，所述上端电磁铁设有多个，多个所述上端电磁铁围设在所述上端永磁体的四周；所述下端永磁体固定在所述下端连接板的中部，所述下端电磁铁设有多个，多个所述下端电磁铁围设在所述下端永磁体的四周。

作为本发明的优选方案，所述上端电磁铁固定在所述上端连接板的中部，所述上端永磁体设有多个，多个所述上端永磁体围设在所述上端电磁铁的四周；所述下端电磁铁固定在所述下端连接板的中部，所述下端永磁体设有多个，多个所述下端永磁体围设在所述下端电磁铁的四周。

作为本发明的优选方案，所述上端电磁铁和所述下端电磁铁均包括铁芯和电磁线圈，所述电磁线圈卷绕在所述铁芯的外周。

作为本发明的优选方案，所述壳体由上端壳和下端壳连接构成。

作为本发明的优选方案，所述上端轴的末端穿过所述上端口并连接有上端连接法兰。

作为本发明的优选方案，所述上端口延伸有与所述上端轴配合的轴套，所述轴套上设有若干个沿其轴向分布的第一销孔，所述上端轴上设有与所述第一销孔连通的第二销孔，销钉依次穿接在所述第一销孔和所述第二销孔上。

作为本发明的优选方案，所述下端轴的末端穿过所述下端口并连接有下端连接法兰。

作为本发明的优选方案，所述下端连接板的外周与所述壳体的内腔之间以及所述下端轴与所述下端口之间分别设有可供所述下端连接板偏转的间隙。

实施本发明提供的一种混合变阻抗机械臂末端被动柔顺装置，与现有技术相比，其有益效果在于：

本发明的被动柔顺装置通过在上端连接板和下端连接板上分别设置由电磁铁和永磁体构成的磁力组件，并使上、下端磁力组件的充磁方向相反，形成斥力；其中，上、下端永磁体之间的斥力是决定该被动柔顺装置的基础阻抗能力，能在作业任务前，可通过调整上、下端永磁体的间距或者更换不同磁力参数的永磁体来实现初始阻抗的设置；而上、下端电磁铁的斥力是决定该被动柔顺装置的实时阻抗能力，可通过改变电流的大小，实现阻抗的实时改变；可见，本发明的被动柔顺装置，能够有效保证机械臂末端和被装配物体的柔顺接触，并且能够实现混合变阻抗，一方面能在作业开始之前改变基础阻抗，另一方面能在作业过程中改变在线阻抗，应用范围广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。

图1是本发明实施例提供的一种混合变阻抗机械臂末端被动柔顺装置的主视图；

图2是于图1所示结构中A-A的剖视图；

图3是于图1所示结构中B-B的剖视图；

图4是于图1所示结构中C-C的剖视图；

图5是本发明实施例提供的一种混合变阻抗机械臂末端被动柔顺装置的立体图。

图中标记：

1、壳体，11、上端口，12、下端口，13、轴套；2、上端连接板，21、上端轴；3、下端连接板，31、下端轴；4、上端磁力组件，41、上端电磁铁，42、上端永磁体；5、下端磁力组件，51、下端电磁铁，52、下端永磁体；6、上端连接法兰；7、下端连接法兰；8、销钉。

具体实施方式

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详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。应当理解的是，本发明中采用术语“上端”、“下端”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，“上端”信息也可以被称为“下端”信息，类似的，“下端”信息也可以被称为“上端”信息。

如图1至图5所示，本发明实施例提供的一种混合变阻抗机械臂末端被动柔顺装置，其包括壳体1，以及设置于所述壳体1内的上端连接板2、下端连接板3、上端磁力组件4和下端磁力组件5，所述壳体1设有上端口11和下端口12，所述上端口11和所述下端口12位于同一轴线上；所述上端连接板2的外周与所述壳体1的内腔滑动配合，所述上端连接板2的背面中部固设有与所述上端口11滑动连接的上端轴21，所述上端磁力组件4固定在所述上端连接板2的正面上，所述上端磁力组件4包括上端电磁铁41和上端永磁体42；所述下端连接板3的外周与所述壳体1的内腔滑动配合，所述下端连接板3的背面中部固设有与所述下端口12滑动连接的下端轴31，所述下端磁力组件5固定在所述下端连接板3的正面上，所述下端磁力组件5包括下端电磁铁51和下端永磁体52；所述上端永磁体42与所述下端永磁体52相对间隔设置，且所述上端永磁体42的充磁方向与所述下端永磁体52的充磁方向相反；所述上端电磁铁41与所述下端电磁铁51相对间隔设置，且所述上端电磁铁41的充磁方向与所述下端电磁铁51的充磁方向相反。

由此，根据本发明实施例提供的一种混合变阻抗机械臂末端被动柔顺装置，其通过在上端连接板2和下端连接板3上分别设置由电磁铁和永磁体构成的磁力组件，并使上、下端磁力组件5的充磁方向相反，形成斥力；其中，上、下端永磁体52之间的斥力是决定该被动柔顺装置的基础阻抗能力，能在作业任务前，可通过调整上、下端永磁体52的间距或者更换不同磁力参数的永磁体来实现初始阻抗的设置；而上、下端电磁铁51的斥力是决定该被动柔顺装置的实时阻抗能力，可通过改变电流的大小，实现阻抗的实时改变。可见，本发明的被动柔顺装置，能够有效保证机械臂末端和被装配物体的柔顺接触，并且能够实现混合变阻抗，一方面能在作业开始之前改变基础阻抗，另一方面能在作业过程中改变在线阻抗，应用范围广。

示例性的，所述上端永磁体42固定在所述上端连接板2的中部，所述上端电磁铁41设有多个，多个所述上端电磁铁41围设在所述上端永磁体42的四周；所述下端永磁体52固定在所述下端连接板3的中部，所述下端电磁铁51设有多个，多个所述下端电磁铁51围设在所述下端永磁体52的四周。当然，在其它可选的实施例中，所述上端电磁铁固定在所述上端连接板的中部，所述上端永磁体设有多个，多个所述上端永磁体围设在所述上端电磁铁的四周；所述下端电磁铁固定在所述下端连接板的中部，所述下端永磁体设有多个，多个所述下端永磁体围设在所述下端电磁铁的四周。

示例性的，所述上端电磁铁41和所述下端电磁铁51均包括铁芯和电磁线圈，所述电磁线圈卷绕在所述铁芯的外周。

示例性的，所述壳体1由上端壳和下端壳连接构成，方便拆装及维修。

示例性的，为方便被动柔顺装置与机械臂末端连接，所述上端轴21的末端穿过所述上端口11并连接有上端连接法兰6。

示例性的，为方便调整上、下端永磁体52的间距来实现初始阻抗的设置，所述上端口11延伸有与所述上端轴21配合的轴套13，所述轴套13上设有若干个沿其轴向分布的第一销孔，所述上端轴21上设有与所述第一销孔连通的第二销孔，销钉8依次穿接在所述第一销孔和所述第二销孔上。

示例性的，为方便被动柔顺装置与末端执行器(例如：二指夹手或机械手等)连接，所述下端轴31的末端穿过所述下端口12并连接有下端连接法兰7。

示例性的，所述下端连接板3的外周与所述壳体1的内腔之间以及所述下端轴31与所述下端口12之间设有可供所述下端连接板3偏转(即允许下端轴31的轴线与下端口12的轴线形成小于3度的偏转角度)的间隙，从而增加了被动柔顺装置与末端执行器之间的活动自由度。

示例性的，所述上端连接板2和下端连接板3为圆板状结构。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

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替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种混合变阻抗机械臂末端被动柔顺装置，其特征在于，包括壳体，以及设置于所述壳体内的上端连接板、下端连接板、上端磁力组件和下端磁力组件，所述壳体设有上端口和下端口，所述上端口和所述下端口位于同一轴线上；所述上端连接板的外周与所述壳体的内腔滑动配合，所述上端连接板的背面中部固设有与所述上端口滑动连接的上端轴，所述上端磁力组件固定在所述上端连接板的正面上，所述上端磁力组件包括上端电磁铁和上端永磁体；所述下端连接板的外周与所述壳体的内腔滑动配合，所述下端连接板的背面中部固设有与所述下端口滑动连接的下端轴，所述下端磁力组件固定在所述下端连接板的正面上，所述下端磁力组件包括下端电磁铁和下端永磁体；所述上端永磁体与所述下端永磁体相对间隔设置，且所述上端永磁体的充磁方向与所述下端永磁体的充磁方向相反；所述上端电磁铁与所述下端电磁铁相对间隔设置，且所述上端电磁铁的充磁方向与所述下端电磁铁的充磁方向相反。

2.根据权利要求1所述的一种混合变阻抗机械臂末端被动柔顺装置，其特征在于，所述上端永磁体固定在所述上端连接板的中部，所述上端电磁铁设有多个，多个所述上端电磁铁围设在所述上端永磁体的四周；所述下端永磁体固定在所述下端连接板的中部，所述下端电磁铁设有多个，多个所述下端电磁铁围设在所述下端永磁体的四周。

3.根据权利要求1所述的一种混合变阻抗机械臂末端被动柔顺装置，其特征在于，所述上端电磁铁固定在所述上端连接板的中部，所述上端永磁体设有多个，多个所述上端永磁体围设在所述上端电磁铁的四周；所述下端电磁铁固定在所述下端连接板的中部，所述下端永磁体设有多个，多个所述下端永磁体围设在所述下端电磁铁的四周。

4.根据权利要求1所述的一种混合变阻抗机械臂末端被动柔顺装置，其特征在于，所述上端电磁铁和所述下端电磁铁均包括铁芯和电磁线圈，所述电磁线圈卷绕在所述铁芯的外周。

5.根据权利要求1所述的一种混合变阻抗机械臂末端被动柔顺装置，其特征在于，所述壳体由上端壳和下端壳连接构成。

6.根据权利要求1所述的一种混合变阻抗机械臂末端被动柔顺装置，其特征在于，所述上端轴的末端穿过所述上端口并连接有上端连接法兰。

7.根据权利要求6所述的一种混合变阻抗机械臂末端被动柔顺装置，其特征在于，所述上端口延伸有与所述上端轴配合的轴套，所述轴套上设有若干个沿其轴向分布的第一销孔，所述上端轴上设有与所述第一销孔连通的第二销孔，销钉依次穿接在所述第一销孔和所述第二销孔上。

8.根据权利要求1所述的一种混合变阻抗机械臂末端被动柔顺装置，其特征在于，所述下端轴的末端穿过所述下端口并连接有下端连接法兰。

9.根据权利要求8所述的一种混合变阻抗机械臂末端被动柔顺装置，其特征在于，所述下端连接板的外周与所述壳体的内腔之间以及所述下端轴与所述下端口之间分别设有可供所述下端连接板偏转的间隙。

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