CN108789394A - 一种电磁驱动式快速伸缩机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电磁驱动式快速伸缩机器人，包括驱动机构和伸缩机构，所述驱动机构包括基座，所述基座上固定安装有外置可调电源和支架，所述支架上固定有外套筒，所述外套筒的一端连接有端面挡板，另一端设有圆形开口，所述外套筒上套有线圈保持架，线圈保持架上绕有通电线圈，所述通电线圈连接到外置可调电源；所述伸缩机构包括嵌套安装于外套筒内的内套筒，内套筒沿外套筒滑动，并穿出所述圆形开口，内套筒内部的一端固定安装有铁块一，铁块一的一端与弹簧绳连接，弹簧绳的另一端与铁块二连接，铁块二的另一端与机器人末端固定连接，铁块二与机器人末端在内套筒内滑动；具有速度快，操作范围广，机动性强，响应灵敏等特点。

Description

一种电磁驱动式快速伸缩机器人

技术领域

本发明涉及工业机器人技术领域，尤其是一种电磁驱动式快速伸缩机器人。

背景技术

现有技术中，工业抓取机器人只能应用于结构化环境，且存在本体不可移动，不具备伸展能力、环境适应性较差等局限性等问题，目前国内外科学家都在探索机动灵活、可伸展的、高效的抓取方式。随着生物力学、机械设计、仿生材料、优化控制等多学科的发展与交叉融合，科研人员研究各式各样的柔性抓取机器人，美国科学家Walker采用四段二自由度的骨节式弹性支柱串联方式模拟象鼻的连续型柔性结构，并采用电机带动绳索驱动弹性体弯曲，实现仿象鼻连续型机器人非结构化环境下的远距离重物抓取，Trivedi等人研制了一种仿章鱼触角机器人，采用气动人工肌肉(Pneumatic Artificial Muscle)制作具备横向弯曲和纵向延伸能力的驱动单元，模拟章鱼柔性地卷起远距离的目标物体。除此之外，为了提高机器人抓取运动的伸展性能，Guerra采用导轨连接多导管的刚性结构设计了可伸缩机械臂，有效地提高了机器人的抓取空间。

上述的抓取机器人都具有较强的伸展能力，操作范围较大、能够有效实现远距离的目标抓取，但最大的不足之处在于操作速度慢(均小于0.1m/s)，无法满足实际应用中的速度效益要求。

发明内容

本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种结构合理的电磁驱动式快速伸缩机器人，与传统的刚性机器人相比，具有速度快，操作范围广，机动性强，响应灵敏等特点。

本发明所采用的技术方案如下：

一种电磁驱动式快速伸缩机器人，包括驱动机构和伸缩机构，所述驱动机构包括基座，所述基座上固定安装有外置可调电源和支架，所述支架上固定有外套筒，所述外套筒的一端连接有端面挡板，另一端设有圆形开口，所述外套筒上套有线圈保持架，线圈保持架上绕有通电线圈，所述通电线圈连接到外置可调电源；所述伸缩机构包括嵌套安装于外套筒内的内套筒，内套筒沿外套筒滑动，并穿出所述圆形开口，内套筒内部的一端固定安装有铁块一，铁块一的一端与弹簧绳连接，弹簧绳的另一端与铁块二连接，铁块二的另一端与机器人末端固定连接，铁块二与机器人末端在内套筒内滑动。

其进一步技术方案在于：

所述外套筒的截面成“T”型结构，外套筒与端面挡板相连接的一端的外径与端面挡板的直径相同。

所述内套筒包括粗圆柱形筒体和细圆柱形筒体，所述铁块一固定安装于所述粗圆柱形筒体内部，所述弹簧绳、铁块二和机器人末端位于所述细圆柱形筒体的内部，机器人末端的一端开有槽口，所述铁块二固定连接于所述槽口内。

所述外套筒的圆形开口周围的筒壁将内套筒的一端及铁块一限位于外套筒中。

所述支架成“T”型结构，其上设有圆弧形槽，所述外套筒固定安装于所述圆弧形槽内，所述圆弧形槽顶部设有开口，开口的两端延伸有矩形挡板。

所述端面挡板通过螺栓固定连接在外套筒的端面上。

本发明的有益效果如下：

本发明结构紧凑、合理，操作方便，运用磁场方向的变换和弹簧绳的收缩和拉伸的特性，获得伸展能力强、操作范围较大、操作速度快的快速伸缩机器人，从而实现远距离快速弹射和快速收回，与传统的刚性机器人相比，解决传统工业结构机器人操作空间受限、操作速度慢等问题，提高产品分拣、传输的工作效率，充分满足实际应用中对速度效益要求，同时还可以应用于农业、航天和军事等领域。

本发明还具有如下优点：

1.本发明的外置可调电源通过输出电压改变通电线圈的输入电压，从而改变通电线圈产生的磁场强度以及通电线圈对铁块一、铁块二产生的磁场力，为伸缩的不同阶段提供不同的磁场动力，以实现在不同负载工况下的伸缩运动，保证伸展阶段的快速性和收缩阶段的平稳性。

2.本发明的铁块一在收缩阶段受通电线圈产生的磁场力作用，使铁块一带动内套筒在外套筒内部沿轴向往回收缩，同时拉动弹簧绳，使弹簧绳牵引铁块二和机器人末端并收回，实现伸缩机构的整体收缩运动。

3.本发明的铁块二在伸展阶段受通电线圈产生的磁场力作用，使铁块二瞬间产生沿内套筒轴向的加速度，铁块二通过在线圈内的加速后达到一定速度，并同时推动机器人末端向前发射和拉长弹簧绳，当弹簧绳被拉一定长度时，弹簧绳将拉动铁块一和内套筒一并向前伸展，实现伸缩机构的整体伸展运动。

4.本发明的外套筒和内套筒相互嵌套，并在外套筒的一端设置供内套筒弹出的圆形开口，其周围的外套筒壁对内套筒起到限位作用，且外套筒的长度可根据所需获得的伸展距离进行设置，伸缩范围大，灵活性高。

附图说明

图1为本发明收缩状态的结构示意图。

图2为本发明伸展状态的结构示意图。

图3为本发明的立体结构示意图。

其中：1、基座；2、外置可调电源；3、支架；4、端面挡板；5、外套筒；6、通电线圈；7、线圈保持架；8、铁块一；9、内套筒；10、弹簧绳；11、铁块二；12、机器人末端。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，本实施例的电磁驱动式快速伸缩机器人，包括驱动机构和伸缩机构，驱动机构包括基座1，基座1上固定安装有外置可调电源2和支架3，支架3上固定有外套筒5，外套筒5的一端连接有端面挡板4，另一端设有圆形开口，外套筒5上套有线圈保持架7，线圈保持架7上绕有通电线圈6，通电线圈6连接到外置可调电源2；伸缩机构包括嵌套安装于外套筒5内的内套筒9，内套筒9沿外套筒5滑动，并穿出圆形开口，内套筒9内部的一端固定安装有铁块一8，铁块一8的一端与弹簧绳10连接，弹簧绳10的另一端与铁块二11连接，铁块二11的另一端与机器人末端12固定连接。

外套筒5的截面成“T”型结构，外套筒5与端面挡板4相连接的一端的外径与端面挡板4的直径相同。

内套筒9包括粗圆柱形筒体和细圆柱形筒体，铁块一8固定安装于粗圆柱形筒体内部，弹簧绳10、铁块二11和机器人末端12位于细圆柱形筒体的内部，机器人末端12的一端开有槽口，铁块二11固定连接于槽口内。

如图2所示，外套筒5的圆形开口周围的筒壁将内套筒9的一端及铁块一8限位于外套筒5中。

如图3所示，支架3成“T”型结构，其上设有圆弧形槽，外套筒5固定安装于圆弧形槽内，圆弧形槽顶部设有开口，开口的两端延伸有矩形挡板；端面挡板4通过螺栓固定连接在外套筒5的端面上。

本实施例的电磁驱动式快速伸缩机器人工作过程中，如图1所示，为收缩状态，也是伸展前的初始状态，内套筒9位于外套筒5内部，铁块二11在通电线圈6产生的磁场力的作用下，瞬间产生沿内套筒9轴向的加速度，铁块二11通过在通电线圈6内的加速后达到一定速度，同时推动机器人末端12向前发射并拉长弹簧绳10，当弹簧绳10被拉一定长度时，弹簧绳10将拉动铁块一8和内套筒9一并向前伸展，实现伸缩机构的整体伸展运动；如图2所示，为伸展后状态，也是收缩前的初始状态，铁块一8在通电线圈6产生的磁场力作用下，带动内套筒9在外套筒5内部沿轴向往回收缩，同时拉动弹簧绳10，弹簧绳10牵引铁块二11和机器人末端12一并收回，实现伸缩机构的整体收缩运动。

通过控制驱动机构中的外置可调电源2的输出电压，改变通电线圈6的输入电压，从而改变通电线圈6对铁块一8和铁块二11产生的磁场力，为伸缩的不同阶段提供不同的磁场动力，以实现在不同负载工况下的伸缩运动，同时保证伸展阶段的快速性和收缩阶段的平稳性。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims (6)

1.一种电磁驱动式快速伸缩机器人，包括驱动机构和伸缩机构，其特征在于：所述驱动机构包括基座(1)，所述基座(1)上固定安装有外置可调电源(2)和支架(3)，所述支架(3)上固定有外套筒(5)，所述外套筒(5)的一端连接有端面挡板(4)，另一端设有圆形开口，所述外套筒(5)上套有线圈保持架(7)，线圈保持架(7)上绕有通电线圈(6)，所述通电线圈(6)连接到外置可调电源(2)；所述伸缩机构包括嵌套安装于外套筒(5)内的内套筒(9)，内套筒(9)沿外套筒(5)滑动，并穿出所述圆形开口，内套筒(9)内部的一端固定安装有铁块一(8)，铁块一(8)的一端与弹簧绳(10)连接，弹簧绳(10)的另一端与铁块二(11)连接，铁块二(11)的另一端与机器人末端(12)固定连接，铁块二(11)与机器人末端(12)在内套筒(9)内滑动。

2.如权利要求1所述的一种电磁驱动式快速伸缩机器人，其特征在于：所述外套筒(5)的截面成“T”型结构，外套筒(5)与端面挡板(4)相连接的一端的外径与端面挡板(4)的直径相同。

3.如权利要求1所述的一种电磁驱动式快速伸缩机器人，其特征在于：所述内套筒(9)包括粗圆柱形筒体和细圆柱形筒体，所述铁块一(8)固定安装于所述粗圆柱形筒体内部，所述弹簧绳(10)、铁块二(11)和机器人末端(12)位于所述细圆柱形筒体的内部，机器人末端(12)的一端开有槽口，所述铁块二(11)固定连接在所述槽口内。

4.如权利要求1所述的一种电磁驱动式快速伸缩机器人，其特征在于：所述外套筒(5)的圆形开口周围的筒壁将内套筒(9)的一端及铁块一(8)限位于外套筒(5)中。

5.如权利要求1所述的一种电磁驱动式快速伸缩机器人，其特征在于：所述支架(3)成“T”型结构，其上设有圆弧形槽，所述外套筒(5)固定安装在所述圆弧形槽内，所述圆弧形槽顶部设有开口，开口的两端延伸有矩形挡板。

6.如权利要求1所述的一种电磁驱动式快速伸缩机器人，其特征在于：所述端面挡板(4)通过螺栓固定连接在外套筒(5)的端面上。