CN102248538A - 具有扭力柔度装置的电动抓具驱动器 - Google Patents

Abstract

一种电动抓具具有带有马达的壳体。齿轮减速器与马达连接。控制器与马达电连接以通过马达控制抓具。柔度装置与马达连接。所述柔度装置吸收装置产生的冲击能量。驱动机构与所述柔度装置连接并与在壳体上可移动的夹具连接。抓手与打开和关闭的夹具连接以抓持部件。

Description

具有扭力柔度装置的电动抓具驱动器

技术领域

本公开涉及一种电动抓具，该抓具包括一种具有扭力柔度装置的驱动器，该扭力柔度装置具有吸收冲击能量的性能。

背景技术

现在使用的大多数电动抓具是伺服驱动的，提供它们减速驱动马达的性能。减速以在驱动零件上限制磨损的方式发生。这减少了卡住抓具构件的可能。这些驱动器被构造有昂贵的马达和反馈装置，例如编码器和控制器，它们是复杂的并且要求大量的编程。为了减少电动抓具的花费，期望使用直流有刷马达。

所述直流马达将硬连接到抓具，并运行到硬停止位置，即全开/全闭以抓持部件。这里，当遇到这些硬停止时，马达必须突然停止。从能量角度，进入硬停止位置的系统具有马达的驱动电能和全速运动的传动系统零件的动能两者，所述马达的驱动电能提供扭矩以致动所述抓具。

硬停止的瞬时减速导致几个机械问题。它导致齿轮减速器上的冲击负载，抓具驱动器的卡住和磨损。使齿轮减速器过载将导致其以一定的加速速度磨损，致使其在非常短的时期内就不能用。齿轮断齿也已经在单元内经历。一些动能会使所述装置卡住，并且引起各种驱动零件上的磨损。一旦驱动器被卡住，对于马达来说不可能达到足够的电驱动扭矩以将驱动器的方向反转到使所述机构不卡住。另外，突然的减速也对马达电刷具有不利影响，导致电弧和比电刷的通常磨损更高的磨损。这种类型的抓具也必须在各个时间被供电，以在抓持期间将部件保持在抓手中。如果不限制电流，马达能够过热，这进而将减少其寿命。总之，利用不昂贵的直流有刷马达具有显著的缺点。

发明内容

本公开的目的是提供一种具有电动马达的抓具，其克服了以上的缺点。所述抓具需要以如下的方式捕获硬停止的动能：使整个系统能够以合理的方式减速。碰撞能量必须被消散以确保马达、齿轮减速器和抓具零件的长的寿命。另外，在电力损失的情况下抓手必须不打开。而且，在抓持期间供给的电力必须在合理的范围内，从而它不使马达过热。

根据本公开的一个方面，抓具包括具有定位在壳体中的电动马达的壳体。齿轮减速器与马达连接以提供齿轮减速比。控制器与马达电连接以通过马达控制抓具。柔度装置连接在齿轮减速器和抓具驱动器之间。柔度装置，例如扭力联轴器，具有吸收在所述装置到达硬停止时产生的冲击能量的性能。驱动机构与所述柔度装置连接。夹具与所述驱动机构连接，并且沿所述壳体可移动。抓手与所述夹具连接以抓持工件上的部件。另外，所述控制器被设置有电路，在电力故障的情况下，所述电路提供反电动势以确保所述抓具的抓手不打开和放下所述部件。所述电流被限制为用于抓持所要求的最大值，这进而保持马达冷却。齿轮减速器减速比可以在以下的数值范围内：使不同速度和扭矩的输出能够传递给抓具致动时间和抓持力。减速比在15∶1到400∶1的范围内。这些减速比在要求非常高速、高的抓持力或速度和抓持力的结合的各种抓持工具中是有用的。有用的减速比是53∶1。

在所述公开的第二方面，抓具包括具有由壳体的一对壁限定的通道的壳体。有刷马达与所述壳体连接并定位在所述壳体中。齿轮减速器与所述马达连接。控制器与所述马达电连接。所述控制器通过所述马达控制所述抓具。另外，所述控制器被定位在所述壳体中。扭力联轴器与所述马达连接。所述扭力联轴器被定位在所述壳体中。所述扭力联轴器吸收在所述装置到达硬停止时产生的冲击能量。驱动机构与所述扭力联轴器连接用于驱动一对夹具。所述夹具在所述壳体的通道内移动。一对抓手使每一个抓手与所述夹具的一个连接用于夹持部件。

其它领域的应用性从此处提供的说明中将变得明显。在这个综述中的说明和具体例子仅用于示例的目的，不用于限制本公开的范围。

附图说明

此处描述的附图仅用于示例的目的，不用于以任何方式限制本公开的范围。

图1是根据本公开的抓具的立体图；

图2是图1的抓具的分解图；

图3是图1的截面图；

图4是控制器的示意图。

具体实施方式

转到附图，图1示出了电动抓具并用附图标记10指示。所述抓具包括壳体12，壳体12具有从壳体突出的电连接插头14。电源(未示出)与连接器14连接。一对抓具抓手16、18从壳体延伸。

图2示出了抓具设备10的分解图。壳体12具有总的矩形箱形状，一端包括接收夹具的一对壁20、22，这将在后面描述。所述壁限定包括基壁26的通道24。孔27形成在所述基壁26中，使能够进入到所述壳体12中。所述壳体12包括附加的顶壁28，其包括孔29，以使马达组件能够通过进入到所述壳体12中。另外，盖30通过C形环32被固定到孔29中以将马达组件保持在所述壳体12中。

抓具10包括马达组件34。马达组件34包括电动马达，这里示为直流有刷马达35。普通地，马达35包括碳石墨刷。高速和低扭矩型马达35要求机械简化。也可以利用其它马达，例如交流、有刷、无刷、步进、感应、向量马达等。这里，马达组件34包括齿轮减速器36。

齿轮减速器36与马达35连接。齿轮减速器36达到抓具10所要求的低速和高扭矩。齿轮减速器36具有用于符合抓具10的速度和扭矩规格的低传动比。相应地，减速比是低的和可反驱动的。齿轮减速器具有从15∶1到400∶1的减速比。15∶1的低减速比提供非常高的抓具致动速度和低的力。高的减速比400∶1提供非常高的抓持力和低的速度。中间的减速比值提供好的速度和适当的抓持力。

马达35和齿轮减速器36通过孔29穿过顶壁28。马达基座37抵靠在壳体12内侧的壁38上。壁38包括孔40和螺栓孔42。马达轴46延伸通过孔40进入到壳体开口44中。壳体开口44容纳柔度装置50。

柔度装置50包括接收马达轴46的部分。另外，柔度装置50包括输出轴52和驱动机构54。驱动机构54可以是行星齿轮、滚珠丝杠等用于驱动目的。柔度装置50可以是扭力联轴器。柔度装置50使冲击能量能够在长时期范围内传播。通过降低马达35的减速比，这导致大大地减少冲击负载。所述扭力联轴器也储存冲击能量。这使得能量在马达被给反向的信号时能够使用。储存的能量被转换为反向扭矩以在控制器指令抓具驱动器反向时增强抓具驱动器进入反向。

大多数联轴器设计有最小扭转变形和最小齿侧间隙。这能够精确控制运动装置的定位。然而，通常的联轴器的低的齿侧间隙和高的扭转刚度在到达硬停止时将高的冲击力极端地传递给公开的设计。在本设计中，必须使用具有极端低的扭转刚度的联轴器。如果出现齿侧间隙，不会不利地影响性能。本联轴器具有旋转通过大约15°的柔度而能够慢减速的性能。具有各种齿轮减速器减速比的该联轴器能够使马达减速通过局部旋转，或者直到马达转子的一些转数。该长的减速行程减小了对马达的换向刷和变速箱零件的损环。除了低的扭转刚度，所述联轴器必须能够在数千万的循环中吸收该能量，而不会恶化。当用于低硬度计时，几种弹性联轴器材料能够在这些类型的联轴器中提供柔度，特别地，可以使用来自E.I.DuPont de Nemours(杜邦公司)的EPDM(三元乙丙橡胶)、氯丁橡胶或Hytrel。

驱动机构54与柔度联轴器50和驱动齿条60、62连接，驱动齿条附接到夹具56、58。在这种情况下，齿条直接机械连接到夹具中以减小夹具的整个尺寸。夹具沿着壳体12的通道24在基壁26上滑动。因而，随着轴52旋转，夹具56、58彼此朝向或远离移动，进而移动抓具抓手16、18朝向彼此或远离彼此以抓持部件。另外，盖板66与壁20、22连接并精确地定位在壁20、22上以将所述夹具56、58保持在壳体12的通道24内。盖板66具有轴销68，轴销使轴承对中心，轴承径向地支撑所述驱动机构54。

控制器70被定位通过壳体12中的孔72。控制器72被固定在壳体中。控制器70与马达35电连接。控制器70通过连接器14由电源供给电力。另外，盖板74被定位在控制器70的顶部上以将控制器70保持在壳体12中。因而，抓具变成容纳单元，等待接收来自电源的电力。

参考图4，抓具马达控制器70利用可编程微处理器401和马达驱动器403以根据控制器70处接收到的控制输入引起直流马达35的转子轴46沿两个方向之一旋转。

操作中，用于打开或关闭具有直流马达35的抓具的请求信号在控制器输入处451和453被接收。输入451处的逻辑1(在该实施例中，正电压)和输入453处的逻辑0(在该实施例中，地面电位)将请求沿一个方向指示给驱动马达35，从而打开抓具。相似地，在输入451处的逻辑0和输入453处的逻辑1指示请求以通过马达35关闭抓具。无论输入451处何时接收打开指令，LED431都将照亮，无论输入453处何时接收关闭指令，LED432都将照亮。输入451、453处的指令请求然后穿过光隔离器接口405到达微处理器401的输入457和455。光隔离器405基本上将出现在输入451和453处的逻辑信号的电压水平转换到适于和微处理器401使用的水平。

微处理器401是商业上可获得的装置，在该实施例中，微处理器401由德州仪器(Texas Instruments)的MSP430构成。微处理器401大体上读取导线455和457处的指令输入，并且在导线459处施加脉冲宽度调制(PWM)电压信号输出和在导线461处施加方向指示逻辑信号。在微处理器401在输出459处产生PWM信号和在输出461处产生方向指示信号后，这些输出被馈送到解复用电路407，其根据微处理器输出461处的方向指示信号将PWM信号导向马达控制器驱动器403的输出463或465之一。

PWM信号使马达35能够以低电力运行。马达35在运行时处于全电力之下。低电力被要求以抓持部件。因而，在安装条件下处于低电力，马达不过热。普通地，电力被减小到全电力的大约30％，同时抓具打开或关闭。

马达驱动器403基本上为H型电路桥的电子版，马达驱动器的布置在现有技术中是已知的。在该实施例中，马达驱动器元件403是从Apex模块SA53商业上可获得的装置。作为已知的，H型电路桥的布置通常用于将驱动信号的极性反向到马达。因此，根据驱动器输出463或465接收PWM信号，马达驱动器403将PWM电压信号放置在输出467或469处。通过使由感应器420和422和电容器424构成的平滑或集成滤波器，在输出467或469处的PWM电压信号然后转换到基本上稳定的电压水平。因此，根据穿过马达驱动器输入471和473的电压信号的极性，马达35沿着一个方向旋转其转子轴46。

相应地，电力被供给到控制器70。控制器70与马达35通信，进而旋转扭力联轴器50，进而旋转驱动机构54，驱动机构54移动夹具56、58和抓手16、18朝向彼此和远离彼此，用于夹持和释放部件。因而，马达35在全开或全闭之间运行，以抓持或释放所述部件。相应地，当抓具10到达全开或全闭位置时，马达35必须在遇到这些硬停止时突然停止。当这发生时，扭力联轴器50旋转，吸收在硬停止处产生的能量。另外，扭力联轴器使马达减速，当联轴器被释放时，所述能量反方向驱动齿轮减速器和马达，打开所述抓手。在抓具打开或关闭时，PWM信号用于基本上减小到马达的电流。通过在安装马达时减小电力，在马达静止时，马达能够维持抓持力和保持马达温度低。因而，控制器是非常简单的，包括开路设计。

当至抓具10的电力损失和其正在夹持部件时，扭力联轴器50释放其能量，向后驱动齿轮减速器36和马达35。随着马达35和齿轮减速器36开始向后旋转，在低摩擦系统中，它们的动能能够允许马达35和齿轮减速器36经过抓持点。这可以使抓具抓手16、18能够打开，放下所述部件。

为了纠正该情形，如显示的，相对于马达驱动线路471和473，放置短路元件409。在所示的实施例中，短路元件409基本上为继电器电路，其线圈411通常连接在正电位和地面之间。在该电源接通的条件下，继电器的转换接点413将导线481连接到导线471，因此，将驱动器输出467施加到马达驱动器输入471。如果电力损失，继电器线圈411将通过保护稳压二极管放电，转换接点将进入关闭电源的条件，其中，导线485连接到导线471，因此，将穿过驱动器输入471、473的短路放置到马达35。以通常的通电状态维持电流流过继电器线圈411保持转换接点413干净。该布置能够使马达35产生反电动势(EMF)，其有效地提供扭矩力以遇到扭力联轴器50的松开或反驱动。在保持夹具56、58通过抓具点的同时，这减小了抓手16、18的打开率。因此，通过齿轮减速器36增加反电动势，以提供反对抓手打开的基本上的阻力。

本公开的描述实际上仅仅是示例，因此，不脱离本公开的要点的变异落入本公开的范围内。这样的变异不认为脱离本公开的精神和范围。

Claims (10)

1.一种抓具，包括：

壳体；

马达，其定位在所述壳体中；

齿轮减速器，其与所述马达连接；

控制器，其与马达电连接，用于通过马达控制所述抓具；

柔度装置，其与所述马达连接，所述柔度装置吸收冲击能量；

驱动机构，其与所述柔度装置连接；

至少一个夹具，其与所述驱动机构连接，所述至少一个夹具在所述壳体上可移动；以及

抓手，其与所述至少一个夹具连接，用于抓持部件。

2.根据权利要求1所述的抓具，其中，所述柔度装置还包括扭力联轴器。

3.根据权利要求1所述的抓具，其中，所述齿轮减速器为减速比齿轮减速器。

4.根据权利要求1所述的抓具，其中，在电力故障期间，所述控制器包括电路，该电路提供反电动势以确保抓手不打开放下抓持的部件。

5.根据权利要求3所述的抓具，其中，所述齿轮减速器具有从15∶1到400∶1的减速比。

6.根据权利要求1所述的抓具，其中，在马达静止时，所述控制器包括电路，该电路用于基本上减小给马达的电流，并且因而减小给马达的功率以在维持抓具部分时防止过热。

7.一种抓具，包括：

壳体，由所述壳体的一对壁限定的通道；

有刷马达，其与所述壳体连接并定位在所述壳体中；

齿轮减速器，其与所述马达连接；

控制器，其与所述马达电连接，所述控制器通过马达控制所述抓具，所述控制器定位在所述壳体中；

扭力联轴器，其与所述马达连接，所述扭力联轴器定位在所述壳体中；所述扭力联轴器吸收冲击能量；

驱动机构，其与所述扭力联轴器连接，用于驱动一对夹具，所述夹具在所述壳体的所述通道内移动；

一对抓手，每一个抓手与所述夹具的一个连接，用于抓持部件。

8.根据权利要求7所述的抓具，其中，在电力故障期间，所述控制器包括电路，该电路提供反电动势以确保抓手不打开放下抓持的物品。

9.根据权利要求7所述的抓具，其中，所述齿轮减速器减速比在15∶1到400∶1之间。

10.根据权利要求7所述的抓具，其中，在马达静止时，所述控制器包括电路，该电路用于基本上减小给马达的电流，并且因而减小给马达的功率以在维持抓具部分时防止过热。

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