CN113500619B - 电磁夹爪的控制方法、电路和电磁夹爪设备 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种电磁夹爪的控制方法、电路和电磁夹爪设备，其中，电磁夹爪的控制方法通过在启动时输出第一电流至线圈，以通过电磁组件触发夹爪动作，夹爪动作后，输出第二电流至线圈，以通过电磁组件控制夹爪维持当前动作状态，第一电流大于第二电流，从而保证在启动时有足够的大电流克服机械阻力，同时，在控制夹爪维持当前动作状态时线圈流通小电流，减少线圈发热，提高电磁夹爪的相应速度和动作可靠性。

Description

电磁夹爪的控制方法、电路和电磁夹爪设备

技术领域

本发明属于电磁夹爪技术领域，尤其涉及一种电磁夹爪的控制方法、电路和电磁夹爪设备。

背景技术

在现有技术当中，实现夹取操作通常使用气动夹爪、电动夹爪或电磁夹爪来实现，而电磁夹爪以其成本低、控制简单、体积小、响应速度快等特点在许多应用中有明显优势。

但电磁夹爪由于其通过给线圈持续供电来实现开合容易出现发热严重的问题，针对这一技术问题，通常的解决方法是降低电压或者串联电阻的方法来降低流过线圈的电流，但是，由于夹爪启动时存在一定的机械阻力，当电流减小时存在夹爪无法启动的问题，影响夹爪响应速度，所以要实现既能在启动时提供足够的电流使夹爪动作，又能在保持期通过较小的电流维持其开合状态以减少发热是电磁夹爪亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电磁夹爪的控制方法，旨在解决传统的夹爪控制方法为了线圈发热存在夹爪无法启动的问题。

本发明实施例的第一方面提了一种电磁夹爪的控制方法，所述电磁夹爪包括线圈、与所述线圈电性连接的电磁组件和与所述电磁组件电磁控制的夹爪；

所述电磁夹爪的控制方法包括：

当接收到通电控制指令时，输出第一电流至所述线圈，以通过所述电磁组件触发所述夹爪切换至第一动作状态；

在第一预设时间段后输出第二电流至所述线圈，以通过所述电磁组件控制所述夹爪维持所述第一动作状态，其中，所述第一电流大于所述第二电流。

在一个实施例中，所述线圈一端与正电源端连接，所述线圈另一端通过开关管接地，所述电磁夹爪的控制方法具体包括：

当接收到通电控制指令时，输出占空比为100％的PWM信号至所述开关管，以使所述线圈接收到所述第一电流以及通过所述电磁组件触发所述夹爪切换至第一动作状态；

逐次降低所述PWM信号的占空比，并在第一预设时间段后输出预设大小的占空比的PWM信号至所述开关管，以使所述线圈接收到所述第二电流以及控制所述夹爪维持所述第一动作状态。

在一个实施例中，所述电磁夹爪的控制方法还包括：

当接收到断电控制指令时，持续输出占空比为零的PWM信号至所述开关管，以使所述线圈失电以及通过所述电磁组件触发所述夹爪切换至第二动作状态；

在第二预设时间段内再次接收到所述通电控制指令时继续输出占空比为零的PWM信号至所述开关管，以触发所述夹爪维持第二动作状态；

在第二预设时间段后再次接收到所述通电控制指令时输出对应大小的占空比的PWM信号至所述开关管，以触发所述夹爪切换至所述第一动作状态，其中，所述第一动作状态和所述第二动作状态分别对应于张开状态和闭合状态。

在一个实施例中，所述当接收到通电控制指令时，输出第一电流至所述电磁组件之前，还包括：

输出占空比为100％的PWM信号至所述开关管，并监测所述夹爪的开合状态；

逐渐减小所述PWM信号的占空比，并在监测到所述夹爪的开合状态发生变化时停止减小所述PWM信号的占空比，并将在所述夹爪的开合状态发生变化前的PWM信号的占空比确定为预设大小的占空比。

本发明实施例第二方面提出了一种电磁夹爪的控制电路，包括驱动电路、存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时通过控制所述驱动电路实现如上所述电磁夹爪的控制方法的步骤；

所述驱动电路分别与所述线圈和所述处理器电性连接。

在一个实施例中，所述驱动电路包括正电源端和开关管；

所述电磁组件一端与电源模块连接，所述电磁组件另一端通过开关管接地，所述开关管的受控端与所述处理器的信号端连接。

在一个实施例中，所述电磁夹爪的控制电路还包括位移传感器，所述位移传感器与所述处理器电性连接；

所述处理器，还用于通过所述位移传感器监测所述夹爪的开合状态。

在一个实施例中，所述电磁夹爪的控制电路还包括光耦隔离电路，所述处理器通过所述光耦隔离电路接收对应的控制信号。

本发明实施例的第三方面提了一种电磁夹爪设备，包括线圈、电磁组件、夹爪以及如上所述的电磁夹爪的控制电路。

在一个实施例中，所述电磁组件包括电磁铁、弹簧和导向件，所述电磁铁通过所述弹簧与所述导向件弹性连接，所述导向件与所述夹爪活动连接；

所述电磁铁，用于在通电状态下通过弹簧带动所述导向件运动，以使所述夹爪触发张开或者闭合动作状态。

本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：上述的电磁夹爪控制方法通过在启动时输出第一电流至线圈，以通过电磁组件触发夹爪动作，夹爪动作后，输出第二电流至线圈，以通过电磁组件控制夹爪维持当前动作状态，第一电流大于第二电流，从而保证在启动时有足够的大电流克服机械阻力，同时，在控制夹爪维持当前动作状态时线圈流通小电流，减少线圈发热，提高电磁夹爪的相应速度和动作可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的电磁夹爪的第一种结构示意图；

图2为本发明实施例提供的电磁夹爪的控制方法的第一种流程示意图；

图3为本发明实施例提供的电磁夹爪的第二种结构示意图；

图4为本发明实施例提供的电磁夹爪的控制方法的第二种流程示意图；

图5为本发明实施例提供的电磁夹爪的控制方法的第三种流程示意图；

图6为本发明实施例提供的电磁夹爪的控制方法的第四种流程示意图；

图7为本发明实施例提供的电磁夹爪的控制电路的第一种结构示意图；

图8为本发明实施例提供的电磁夹爪的控制电路的第二种结构示意图；

图9为本发明实施例提供的电磁夹爪的控制电路的第三种结构示意图；

图10为本发明实施例提供的电磁夹爪中电磁组件的结构示意图。

其中，图中各附图标记：

10-线圈，20-电磁组件，30-夹爪，VCC-正电源端，40-开关管，100-电磁夹爪的控制电路，110-驱动电路，120-处理器，130-存储器，140-光耦隔离电路，150-位移传感器，21-电磁铁，22-弹簧，23-导向件。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

实施例一

图1为本发明实施例提供的电磁夹爪的第一种结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

本实施例中，如图1所示，电磁夹爪包括线圈10、与线圈10电性连接的电磁组件20和与电磁组件20电磁控制的夹爪30。

本实施例中，电磁组件20与线圈10直接或者间接连接并同步上电，电磁组件20上电后通过电磁感应以及机械牵引、联动等方式带动夹爪30张开或者闭合，从而进行释放或者夹取物品的操作，或者，在失电后，带动夹爪30切换至另一动作状态。

电磁夹爪的控制方法包括：

步骤S10、当接收到通电控制指令时，输出第一电流至线圈10，以通过电磁组件20触发夹爪30切换至第一动作状态；

步骤S20、在第一预设时间段后输出第二电流至线圈10，以通过电磁组件20控制夹爪30维持第一动作状态，其中，第一电流大于第二电流。

在接收到通电控制指令后，通过输出较大的第一电流输出至线圈10，线圈10和电磁组件20获取大电流，从而克服机械阻力后带动夹爪30切换至第一动作状态，第一动作状态可为张开状态或者闭合状态，夹爪30触发动作，夹爪30在第一预设时间段完成第一动作后，输出第二电流至线圈10，由于夹爪30保持当前第一动作状态时仅需要较小电流，因此，此时的第二电流即正好满足夹爪30维持当前动作状态的条件，从而降低线圈10通电的电流大小，同时实现夹爪30触发动作以及夹爪30维持动作状态的要求，提高夹爪30的响应速度，同时，降低功耗和减少线圈10发热，提高夹爪30的工作可靠性。

其中，第一电流至第二电流之间可直接跳变或者渐变输出，即在接收到通电控制指令时至第一预设时间段后的两个时间点分别输出第一电流和第二电流，或者在接收到通电控制指令时输出第一电流，并在第一预设时间段内逐渐减小电流的大小，直至在第一预设时间段后输出第二电流，具体输出可根据需求对应设置，在一个实施例中，第一电流至第二电流之间采用渐变输出，从而进一步减少流通在线圈10的电流大小，减少线圈10发热。

同时，第一电流和第二电流的大小可在电磁夹爪出厂调试获取，或者在使用期间，通过对应的传感器检测获取，例如，以逐次减小的电流输出至线圈10，判断夹爪30的动作状态，并根据夹爪30的动作状态的变化前后的电流值确定第一电流和第二电流，电流具体获取方法可根据需求对应选择。

实施例二

本实施例在实施例一的基础上进行具体化，如图3所示，在一个实施例中，线圈10一端与正电源端VCC连接，线圈10另一端通过开关管40接地，开关管40接收到不同占空比的PWM信号时输出大小不同的电流信号至线圈10，进而使得电磁组件20接收到不同的电流信号，带动夹爪30触发切换至不同的动作状态。

其中，正电源端VCC的电压大小可配合PWM信号和第一电流的大小对应设置，例如，在PWM信号为100％时，此时，输出电流最大，可选择合适的正电源端VCC的电压以使得当前的电流为第一电流，正电源端VCC的电压可根据需求对应设置。

基于图3所示电路，如图4所示，电磁夹爪的控制方法具体包括：

步骤S11、当接收到通电控制指令时，输出占空比为100％的PWM信号至开关管40，以使线圈10接收到第一电流以及通过电磁组件20触发夹爪30切换至第一动作状态；

步骤S21、逐次降低PWM信号的占空比，并在第一预设时间段后输出预设大小的占空比的PWM信号至开关管40，以使线圈10接收到第二电流以及控制夹爪30维持第一动作状态。

本实施例中，在接收到通电控制指令后，通过输出占空比为100％的PWM信号时，回路中产生第一电流，并输出至第一线圈10，线圈10和电磁组件20获取大电流，从而克服机械阻力后带动夹爪30切换至第一动作状态，第一动作状态可为张开状态或者闭合状态，夹爪30触发动作，夹爪30在第一预设时间段完成第一动作器件，逐次降低PWM信号的占空比，以降低回路中流通的电流大小，并在第一预设时间段后输出预设大小的占空比的PWM信号至开关管40，例如50％等，预设大小的占空比值对应于维持当前开合所需的最小电流，即第二电流，使得回路中产生第二电流输出至线圈10，由于夹爪30保持当前第一动作状态时仅需要较小电流，因此，此时的第二电流即可满足夹爪30维持当前动作状态，从而降低线圈10通电的电流大小，同时实现夹爪30触发动作以及夹爪30维持动作状态的要求，提高夹爪30的响应速度，同时，降低功耗和减少线圈10发热，提高夹爪30的工作可靠性。

其中，PWM信号的占空比采用渐变输出，从而使得第一电流至第二电流之间渐变输出，从而进一步减少流通在线圈10的电流大小，减少线圈10发热。

预设大小的占空比可通过出厂调试，或者通过传感器等方式获取，例如通过传感器监测夹爪30开合状态，然后持续的减小脉宽调制比，当夹爪30开合状态发生变化时，停止减小脉宽调制比，取比当前占空比稍大的值为预设大小的占空比，具体根据需求对应设置。

实施例三

本实施例在实施例二的基础上进行优化，如图5所示，在一个实施例中，电磁夹爪的控制方法还包括：

步骤S12、当接收到断电控制指令时，持续输出占空比为零的PWM信号至开关管40，以使线圈10失电以及通过电磁组件20触发夹爪30切换至第二动作状态；

步骤S13、在第二预设时间段内再次接收到通电控制指令时继续输出占空比为零的PWM信号至开关管40，以触发夹爪30维持第二动作状态；

步骤S14、在第二预设时间段后再次接收到通电控制指令时输出对应大小的占空比的PWM信号至开关管40，以触发夹爪30切换至第一动作状态，其中，第一动作状态和第二动作状态分别对应于张开状态和闭合状态。

本实施例中，在接收到断电控制指令后，立即输出占空比为零的PWM信号至开关管40，以使得线圈10和电磁组件20快速失电，并触发夹爪30切换至第二动作状态，第一动作状态和第二动作状态互为张开状态和闭合状态。

同时，为了减少夹爪30频繁开合，进一步减少线圈10发热，在接收到断电控制信号并输出PWM信号控制夹爪30切换至第二动作状态后的第二预设时间段内，不对接收到的通电控制指令产生响应，并在第二预设时间段内持续输出占空比为零的PWM信号至开关管40，从而控制夹爪30维持当前的动作状态，并在第二预设时间段后对接收到的通电控制指令产生响应，并依序执行上述步骤S11和S21，从而达到减少夹爪30频繁开合的目的，减少线圈10发热。

实施例四

本实施例在实施例二的基础上进行优化，如图6所示，在一个实施例中，当接收到通电控制指令时，输出第一电流至电磁组件20之前，还包括：

步骤S30、输出占空比为100％的PWM信号至开关管40，并监测夹爪30的开合状态；

步骤S40、逐渐减小PWM信号的占空比，并在监测到夹爪30的开合状态发生变化时停止减小PWM信号的占空比，并将在夹爪30的开合状态发生变化前的PWM信号的占空比确定为预设大小的占空比。

本实施例中，通过传感器监测夹爪30开合状态，并根据夹爪30的开合状态变化确定预设大小的占空比的值，即在初始时，输出占空比为100％的PWM信号，使得夹爪30切换至第一动作状态，然后持续的减小脉宽调制比，当夹爪30开合状态发生变化时，停止减小占空比的值，比当前占空比稍大的值为所需的占空比的值即预设大小的占空比。

实施例五

本发明实施例第二方面提出了一种电磁夹爪的控制电路100，包括驱动电路110、存储器130、处理器120以及存储在存储器130中并可在处理器120上运行的计算机程序，处理器120执行计算机程序时通过控制驱动电路110实现如上电磁夹爪的控制方法的步骤；

驱动电路110分别与线圈10和处理器120电性连接。

本实施例中，处理器120执行上述控制方法，通过输出不同的控制信号至驱动电路110，以使得驱动电路110输出不同大小的电流至线圈10，进而触发夹爪30切换开合状态，达到减少线圈10发热同时克服机械阻力控制夹爪30触发动作的要求，提高夹爪30的相应速度和夹爪30的工作可靠性。

驱动电路110可采用电源模块、对应的开关电路等，具体结构根据需求对应设置。

处理器120可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器120、数字信号处理器120(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器120可以是微处理器120或者该处理器120也可以是任何常规的处理器120等。

存储器130可以是电磁夹爪的内部存储单元，例如硬盘或内存等。存储器130用于存储所述计算机程序以及电磁夹爪的控制电路100所需的其他程序和数据。

实施例六

本实施例在实施例五的基础上进行具体化，如图8所示，在一个实施例中，驱动电路110包括正电源端VCC和开关管40；

电磁组件20一端与电源模块连接，电磁组件20另一端通过开关管40接地，开关管40的受控端与处理器120的信号端连接。

本实施例中，处理器120执行上述控制方法，通过输出不同大小的占空比的PWM信号至开关管40，以使得开关管40输出不同大小的电流至线圈10，进而触发夹爪30切换开合状态，达到减少线圈10发热同时克服机械阻力控制夹爪30触发动作的要求，提高夹爪30的相应速度和夹爪30的工作可靠性。

其中，正电源端VCC的电压大小可配合PWM信号和第一电流的大小对应设置，例如，在PWM信号为100％时，此时，输出电流最大，可选择合适的正电源端VCC的电压以使得当前的电流为第一电流，正电源端VCC的电压可根据需求对应设置。

进一步地，如图9所示，在一个实施例中，电磁夹爪的控制电路100还包括位移传感器150，位移传感器150与处理器120电性连接；

处理器120，还用于通过位移传感器150监测夹爪30的开合状态。

本实施例中，处理器120通过传感器监测夹爪30开合状态，并根据夹爪30的开合状态变化确定预设大小的占空比的值，即在初始时，输出占空比为100％的PWM信号，使得夹爪30切换至第一动作状态，然后持续的减小脉宽调制比，当夹爪30开合状态发生变化时，停止减小占空比的值，比当前占空比稍大的值为所需的占空比的值即预设大小的占空比。

同时，为了提高输出至处理器120的控制信号的可靠性，避免信号干扰，在一个实施例中，电磁夹爪的控制电路100还包括光耦隔离电路140，处理器120通过光耦隔离电路140接收对应的控制信号。

实施例七

如图7所示，本发明实施例的第三方面提了一种电磁夹爪设备，包括线圈10、电磁组件20、夹爪30以及电磁夹爪的控制电路100，该电磁夹爪的控制电路100的具体结构参照上述实施例，由于本电磁夹爪设备采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

本实施例中，电磁夹爪的控制电路100通过输出不同大小的电流信号至线圈10，进而通过电磁组件20触发夹爪30切换开合状态，达到减少线圈10发热同时克服机械阻力控制夹爪30触发动作的要求，提高夹爪30的相应速度和夹爪30的工作可靠性。

其中，夹爪30包括相对水平移动的第一夹爪30和第二夹爪30，第一夹爪30和第二夹爪30与电磁组件20连接，电磁组件20根据接收到的电流信号产生电磁变化以及牵引、联动，进而带动夹爪30张开或者闭合。

电磁组件20可包括电磁铁21、弹簧22以及其他的连接件中的若干个部件，例如，在其中一个夹爪30上设置电磁铁21，另一夹爪30设置永磁体，夹爪30中间设置弹簧22，在电磁铁21得电后，吸引永磁体，进而触发夹爪30闭合，具体结构根据需求对应设置。

实施例八

本实施例在实施例七的基础上进行具体化，如图10所示，在一个实施例中，电磁组件20包括电磁铁21、弹簧22和导向件23，电磁铁21通过弹簧22与导向件23弹性连接，导向件23与夹爪30活动连接；

电磁铁21，用于在通电状态下通过弹簧22带动导向件23运动，以使夹爪30触发张开或者闭合动作状态。

本实施例中，电磁铁21上电后，自身以预设方向移动或者吸引导向件23以预设方向移动，进而带动两个夹爪30相对水平闭合或者张开，弹簧22起到弹性连接作用，吸收振动和冲击能量。

电磁铁21可采用一个或者多个电磁铁21，电磁铁21之间通过磁场连接，导向件23可采用滑块、导向立柱等结构，具体根据需求对应设置。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电磁夹爪的控制方法，所述电磁夹爪包括线圈、与所述线圈电性连接的电磁组件和与所述电磁组件电磁控制的夹爪；

其特征在于，所述电磁夹爪的控制方法包括：

当接收到通电控制指令时，输出第一电流至所述线圈，以通过所述电磁组件触发所述夹爪切换至第一动作状态；

在第一预设时间段后输出第二电流至所述线圈，以通过所述电磁组件控制所述夹爪维持所述第一动作状态，其中，所述第一电流大于所述第二电流；

所述线圈一端与正电源端连接，所述线圈另一端通过开关管接地，所述电磁夹爪的控制方法具体包括：

当接收到通电控制指令时，输出占空比为100％的PWM信号至所述开关管，以使所述线圈接收到所述第一电流以及通过所述电磁组件触发所述夹爪切换至第一动作状态；

逐次降低所述PWM信号的占空比，并在第一预设时间段后输出预设大小的占空比的PWM信号至所述开关管，以使所述线圈接收到所述第二电流以及控制所述夹爪维持所述第一动作状态；

所述当接收到通电控制指令时，输出第一电流至所述电磁组件之前，还包括：

输出占空比为100％的PWM信号至所述开关管，并监测所述夹爪的开合状态；

逐渐减小所述PWM信号的占空比，并在监测到所述夹爪的开合状态发生变化时停止减小所述PWM信号的占空比，并将在所述夹爪的开合状态发生变化前的PWM信号的占空比确定为预设大小的占空比。

2.如权利要求1所述的电磁夹爪的控制方法，其特征在于，所述电磁夹爪的控制方法还包括：

当接收到断电控制指令时，持续输出占空比为零的PWM信号至所述开关管，以使所述线圈失电以及通过所述电磁组件触发所述夹爪切换至第二动作状态；

在第二预设时间段内再次接收到所述通电控制指令时继续输出占空比为零的PWM信号至所述开关管，以触发所述夹爪维持第二动作状态；

在第二预设时间段后再次接收到所述通电控制指令时输出对应大小的占空比的PWM信号至所述开关管，以触发所述夹爪切换至所述第一动作状态，其中，所述第一动作状态和所述第二动作状态分别对应于张开状态和闭合状态。

3.一种电磁夹爪的控制电路，其特征在于，包括驱动电路、存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时通过控制所述驱动电路实现如权利要求1至2任一项所述电磁夹爪的控制方法的步骤；

所述驱动电路分别与所述线圈和所述处理器电性连接。

4.如权利要求3所述的电磁夹爪的控制电路，其特征在于，所述驱动电路包括正电源端和开关管；

所述电磁组件一端与电源模块连接，所述电磁组件另一端通过开关管接地，所述开关管的受控端与所述处理器的信号端连接。

5.如权利要求3所述的电磁夹爪的控制电路，其特征在于，所述电磁夹爪的控制电路还包括位移传感器，所述位移传感器与所述处理器电性连接；

所述处理器，还用于通过所述位移传感器监测所述夹爪的开合状态。

6.如权利要求3所述的电磁夹爪的控制电路，其特征在于，所述电磁夹爪的控制电路还包括光耦隔离电路，所述处理器通过所述光耦隔离电路接收对应的控制信号。

7.一种电磁夹爪设备，其特征在于，包括线圈、电磁组件、夹爪以及如权利要求3至6任一项所述的电磁夹爪的控制电路。

8.如权利要求7所述的电磁夹爪设备，其特征在于，所述电磁组件包括电磁铁、弹簧和导向件，所述电磁铁通过所述弹簧与所述导向件弹性连接，所述导向件与所述夹爪活动连接；

所述电磁铁，用于在通电状态下通过弹簧带动所述导向件运动，以使所述夹爪触发张开或者闭合动作状态。

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