CN103831837A - 基于磁流变液的柔性夹持装置及夹持方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于磁流变液的柔性夹持装置及夹持方法，包括夹持底座和设置在夹持底座上的夹持臂，所述夹持臂上设置有用于夹持物体的夹持端，所述夹持端上设置有具有柔性夹持面的柔性夹持体，所述柔性夹持体内设置有磁流变液，所述柔性夹持体上还设置有用于向磁流变液产生可变磁场的可变磁场发生器；本发明在夹持原理上完全不同于传统的机械式的夹持方式，而是利用磁流变液的流变性可调性采用了改变界面摩擦系数的方式来实现对物体的夹持，这样既能保证能够稳定有效的夹持和搬运物体，又能保证不会额外的增加夹持端的压力输出，从而保证整个夹持过程的无损进行。

Description

基于磁流变液的柔性夹持装置及夹持方法

技术领域

本发明属于夹持装置领域，具体涉及一种基于磁流变液的柔性夹持装置及夹持方法。

背景技术

在机器人工业中，使用的夹具和机械手来夹持一不规则外形的物体时，为了不损坏物体，需要降低接触应力、增大接触面积、增加摩擦力。这就需要接触表面具备一定的柔性。这样可以防止夹伤被夹持物和提高夹持的稳固度。目前采用的方法主要有使用弹性材料作为柔性外表面，或者使用真空吸附的夹持方法等。但是现有的方法存在以下缺点无法克服：（1）接触刚度无法根据实际要求和被夹持物的刚度做任意的调节，因而限制了其使用范围；（2）现有技术都是使用表面材料弹性变形来达到模拟被夹持物外形的目的。由于被夹持物外表面所受压力并不均衡，因此可能出现夹坏被夹持物和夹持不稳的现象；（3）现有技术使用的柔顺表面的变形都是受挤压作用产生的，在到达适应所夹持物体表面外形的变形后，如果受到外力干扰仍会改变形状，不能非常稳固地固定被夹持物（4）在目前的工业生产中，现有夹持技术中机械夹持的方法存在夹持力度可调度低，常常出现工件损坏或夹持不稳的问题；（5）真空吸附式的夹持方式则由于其成本过高，不适用于大规模的工业生产。综上所述，目前还缺少一种经济、便捷、可应用于高精度无损工程作业的柔性夹持技术。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于磁流变液的柔性夹持装置及夹持方法，利用磁流变材料在磁场作用下的磁流变效应，在不改变施加在被夹持物表面上压力的情形下，通过改变夹持界面摩擦系数的方法来提高夹持能力，可实现低成本的无损夹持。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于磁流变液的柔性夹持装置，包括夹持底座和设置在夹持底座上的夹持臂，所述夹持臂上设置有夹持端，所述夹持端上设置有具有柔性夹持面的柔性夹持体，所述柔性夹持体内设置有磁流变液，所述柔性夹持体上还设置有用于向磁流变液产生可变磁场的可变磁场发生器；

进一步，所述柔性夹持体上设置有密封腔，所述柔性夹持体上设置有用于形成密封腔以及包裹被夹持物的密封薄膜，所述磁流变液设置在密封腔内；

进一步，所述可变磁场发生器包括缠绕在柔性夹持体外部的电磁线圈和线圈电源；

进一步，所述夹持底座上设置有距离可调的两条夹持臂，所述两条夹持臂上均设置有柔性夹持体；

进一步，所述夹持底座上用于调整两条夹持臂之间距离的调整机构，所述调整机构包括步进电机和丝杠机构；

进一步，所述柔性夹持体内还设置有用于监控柔性夹持体与被夹持物之间压力的压力传感器；

另外，本发明还提供了一种利用本发明的磁流变液的柔性夹持装置进行夹持的方法：其包括以下步骤：

第一步：对步进电机发出指令控制，控制两个夹持臂分开，保证其分开的空间尺寸大于被夹持物尺寸；

第二步：调整柔性夹持装置的位置，使夹持臂置于被夹持物两旁；

第三步：预设一警戒压力值，确保其小于被夹持物所能承受的最大压力；

第四步：对步进电机发出控制指令，控制两个夹持臂靠拢，直至夹持端的密封薄膜与被夹持物发生接触，在此过程中，利用压力传感器实时监控夹持端的压力输出，确保其小于预设的警戒压力值，一旦压力输出大于警戒压力值时则给步进电机发送分开夹持臂的指令；

第五步：在密封薄膜与被夹持物接触之后，停止步进电机的移动；

第六步：线圈电源给电磁线圈提供电流，产生磁场，磁流变液在磁场作用下发生物态变化，被夹持物界面处摩擦系数增加，完成对被夹持物的无损夹紧；

第七步：移动整个夹持装置，实现对被夹持物的搬运。

本发明的有益效果是：本发明在夹持原理上完全不同于传统的机械式的夹持方式，而是利用磁流变液的流变性可调性采用了改变界面摩擦系数的方式来实现对物体的夹持，这样既能保证能够稳定有效的夹持和搬运物体，又能保证不会额外的增加夹持端的压力输出，从而保证整个夹持过程的无损进行。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明夹持臂的结构示意图。

具体实施方式

以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

如图所示，一种基于磁流变液的柔性夹持装置，包括夹持底座3和设置在夹持底座上的夹持臂1，所述夹持臂上设置有用于夹持被夹持物4的夹持端，所述夹持端上设置有具有柔性夹持面的柔性夹持体，所述柔性夹持体内设置有磁流变液8，所述柔性夹持体上还设置有用于向磁流变液产生可变磁场的可变磁场发生器。

本实施例中，采用不同于传统的机械式的夹持方式，而是利用磁流变液的流变性可调性采用了改变界面摩擦系数的方式来实现对物体的夹持，这样既能保证能够稳定有效的夹持和搬运物体，又能保证不会额外的增加夹持端的压力输出，从而保证整个夹持过程的无损进行。

本实施例中，所述柔性夹持体上设置有密封腔，所述柔性夹持体上设置有用于形成密封腔以及包裹被夹持物的密封薄膜5，所述磁流变液设置在密封腔内；本实施例的柔性夹持体结构简单、性能可靠，当然在不同的实施例中还可以采用其他柔性夹持体，例如在夹持端上设置装满磁流变液的夹持袋等。

本实施例中，所述可变磁场发生器包括缠绕在柔性夹持体外部的电磁线圈和线圈电源，本实施例的结构简单可靠，当然在不同的实施例还可以采用类似的其他可变磁场发生器。

本实施例中，所述夹持底座上设置有距离可调的两条夹持臂，所述两条夹持臂上均设置有柔性夹持体，所述夹持底座上用于调整两条夹持臂之间距离的调整机构2，所述调整机构包括步进电机和丝杠机构，另外本实施的夹持臂与夹持底座之间还设置有导向滑轮6；最后，本实施例的柔性夹持体内还设置有用于监控柔性夹持体与被夹持物之间压力的压力传感器7。

利用本实施例的柔性夹持装置进行夹持的方法：其包括以下步骤：

第一步：对步进电机发出指令控制，控制两个夹持臂分开，保证其分开的空间尺寸大于被夹持物尺寸；

第二步：调整柔性夹持装置的位置，使夹持臂置于被夹持物两旁；

第三步：预设一警戒压力值，确保其小于被夹持物所能承受的最大压力；

第四步：对步进电机发出控制指令，控制两个夹持臂靠拢，直至夹持端的密封薄膜与被夹持物发生接触，在此过程中，利用压力传感器实时监控夹持端的压力输出，确保其小于预设的警戒压力值，一旦压力输出大于警戒压力值时则给步进电机发送分开夹持臂的指令；

第五步：在密封薄膜与被夹持物接触之后，停止步进电机的移动；

第六步：线圈电源给电磁线圈提供电流，产生磁场，磁流变液在磁场作用下发生物态变化，被夹持物界面处摩擦系数增加，完成对被夹持物的无损夹紧；

第七步：移动整个夹持装置，实现对被夹持物的搬运。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种基于磁流变液的柔性夹持装置，包括夹持底座和设置在夹持底座上的夹持臂，所述夹持臂上设置有夹持端，其特征在于：所述夹持端上设置有具有柔性夹持面的柔性夹持体，所述柔性夹持体内设置有磁流变液，所述柔性夹持体上还设置有用于向磁流变液产生可变磁场的可变磁场发生器。

2.根据权利要求1所述的基于磁流变液的柔性夹持装置，其特征在于：所述柔性夹持体上设置有密封腔，所述柔性夹持体上设置有用于形成密封腔以及包裹被夹持物的密封薄膜，所述磁流变液设置在密封腔内。

3.根据权利要求2所述的磁流变液的柔性夹持装置，其特征在于：所述可变磁场发生器包括缠绕在柔性夹持体外部的电磁线圈和线圈电源。

4.根据权利要求3所述的磁流变液的柔性夹持装置，其特征在于：所述夹持底座上设置有距离可调的两条夹持臂，所述两条夹持臂上均设置有柔性夹持体。

5.根据权利要求4所述的磁流变液的柔性夹持装置，其特征在于：所述夹持底座上用于调整两条夹持臂之间距离的调整机构，所述调整机构包括步进电机和丝杠机构。

6.根据权利要求5所述的磁流变液的柔性夹持装置，其特征在于：所述柔性夹持体内还设置有用于监控柔性夹持体与被夹持物之间压力的压力传感器。

7.利用权利要求6所述的磁流变液的柔性夹持装置进行夹持的方法，其特征在于：包括以下步骤：

第一步：对步进电机发出指令控制，控制两个夹持臂分开，保证其分开的空间尺寸大于被夹持物尺寸；

第二步：调整柔性夹持装置的位置，使夹持臂置于被夹持物两旁；

第三步：预设一警戒压力值，确保其小于被夹持物所能承受的最大压力；

第四步：对步进电机发出控制指令，控制两个夹持臂靠拢，直至夹持端的密封薄膜与被夹持物发生接触，在此过程中，利用压力传感器实时监控夹持端的压力输出，确保其小于预设的警戒压力值，一旦压力输出大于警戒压力值时则给步进电机发送分开夹持臂的指令；

第五步：在密封薄膜与被夹持物接触之后，停止步进电机的移动；

第六步：线圈电源给电磁线圈提供电流，产生磁场，磁流变液在磁场作用下发生物态变化，被夹持物界面处摩擦系数增加，完成对被夹持物的无损夹紧；

第七步：移动整个夹持装置，实现对被夹持物的搬运。

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