CN113500621A - 一种由直线电机控制对工件夹紧力大小的夹持装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种由直线电机控制对工件夹紧力大小的夹持装置及方法，该夹持装置包括基座、直线电机、伸缩杆、控制单元、传动机构和夹持爪机构；夹持爪机构包括摩擦力感应爪和机械夹持爪，摩擦力感应爪与工件的接触面布置有摩擦力传感器；直线电机与伸缩杆连接；控制单元发送电信号，由直线电机驱动伸缩杆运动，进而带动传动机构控制夹持爪机构的张开与闭合。本发明的摩擦力感应爪与工件接触，使摩擦力传感器感应到工件与摩擦力感应爪接触产生的垂直摩擦力；摩擦力传感器对垂直摩擦力进行处理判断并反馈至CPU，CPU控制直线电机的驱动信号，并根据机械夹持爪接触面与工件间相对滑动产生的摩擦力使夹持装置提供夹紧力，实现对夹持力的精准控制。
Description
技术领域
本发明涉及机械夹持装置，尤其涉及一种由直线电机控制对工件夹紧力大小的夹持装置及方法。
背景技术
机械爪是一种可以实现类似人手功能的机械部件。机械爪是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置，它是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。
目前，机械爪越来越广泛的得到了应用，在机械生产行业中它可用于零部件组装，加工工件的搬运、装卸，进而节省庞大的工件运输装置，结构紧凑，适应性强。
机械爪广泛使用的驱动方式是以旋转电机带动涡杆与齿轮旋转使机械爪张开与闭合,结构复杂。但是，受制于小型旋转电机的运转速度较小，导致机械爪张开与闭合响应慢。在使用过程中又难以控制机械爪的夹持力，导致夹持力不精准。且当机械爪夹紧工件无法移动后，旋转电机持续空转运动，电机超载易损坏，影响机械爪的使用效率及可靠性。
发明内容
发明目的：为了解决以上技术问题，本发明提供一种由直线电机控制对工件夹紧力大小的夹持装置及方法，通过直线电机、伸缩杆、传动机构和夹持爪机构的相互配合，实现对夹持装置夹持力的精准控制。
技术方案：本发明由直线电机控制对工件夹紧力大小的夹持装置包括基座、直线电机、伸缩杆、控制单元、传动机构和夹持爪机构；
夹持爪机构包括摩擦力感应爪和多个机械夹持爪，摩擦力感应爪与工件的接触面上布置有摩擦力传感器；
直线电机与伸缩杆连接，直线电机上设有电流感应器，伸缩杆上设有位置感应器；
控制单元发送电信号，由直线电机驱动伸缩杆运动，进而带动传动机构控制夹持爪机构的张开与闭合。
传动机构包括多组传动单元，每组传动单元包括连接杆、导杆、导向连接杆和连接件；连接件固定在伸缩杆端部，连接件通过导杆和导向连接杆相连。
连接件为井字形连接件，该井字形连接件固定在直线电机末端。
摩擦力感应爪的接触面上开设有凹槽，摩擦力传感器布置在凹槽内。
机械夹持爪的爪尖与被夹持工件的接触面上设置有防滑垫。
防滑垫为锯齿形防滑垫，以便于夹取一些表面光滑的物体。
直线电机为电磁直线电机，该电机实现高响应且高精度运动控制的同时，且不需要中间转换部件。
直线电机上布置有电流感应器及伸缩杆位置感应器。
本发明由直线电机控制对工件夹紧力大小的夹持方法包括以下步骤：
(1)当夹持装置进行夹紧动作时，摩擦力感应爪与工件接触，使摩擦力传感器感应到工件与摩擦力感应爪接触产生的垂直摩擦力；
(2)摩擦力传感器对垂直摩擦力进行处理判断并反馈至CPU，CPU控制直线电机的驱动信号，使伸缩杆到达所需位置，并根据机械夹持爪接触面与工件间相对滑动产生的摩擦力变化使夹持装置提供夹紧力。
其中，步骤(2)中，直线电机通过布置于直线电机上的电流感应器及伸缩杆位置感应器，感应直线电机电磁线圈电流信号大小及伸缩杆位置信号，反馈至CPU，通过CPU对信号的处理实现对直线电机的电流大小及伸缩杆位置的调节。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明采用直线电机取代传统的旋转电机作为驱动系统的核心元件，实现高响应且高精度的运动控制，且不需要中间转换部件，和传统的旋转电机相比，在提供相同推力的条件下，能耗方面降低10％-20％,具有快速响应、精准控制、较低能耗的优点。
(2)通过在摩擦力感应爪上布置摩擦力传感器，通过摩擦力传感器的摩擦力数据处理与反馈，实现对直线电机的精准控制，而达到精准控制夹持装置的夹持力度，并防止直线电机过载而损坏。
(3)通过布置于直线电机上的电流感应器及伸缩杆位置感应器，感应直线电机电磁线圈电流信号大小及伸缩杆位置信号，反馈至CPU，通过CPU对信号的处理判断实现对直线电机的精准调节，进而实现夹持装置夹持力的精准控制。
附图说明
图1是本发明的总体结构示意图；
图2是直线电机、传动机构与夹持爪机构的连接结构示意图；
图3是夹持爪机构的结构示意图。
具体实施方式
实施例：
如图1和图2所示，本发明实施例中，由直线电机控制对工件夹紧力大小的夹持装置包括基座1、直线电机2、伸缩杆21、传动机构3和夹持爪机构4。该夹持装置通过控制单元CPU发送电信号驱动伸缩杆21运动，进而带动传动机构3控制夹持爪机构4的张开与闭合。
基座1底面用于固定直线电机2及传动机构3，基座1的顶面配套螺栓孔与所需要使用的机械臂、AGV小车及其它底盘单元连接，且在基座1外围配置圆柱形保护罩，以防止灰尘杂物进入电机元件导致夹持装置工作异常。
本实施例中，夹持爪机构4由一组摩擦力感应爪41及三组机械夹持爪42组成，通过传动机构3的各导杆及连接件与基座1及直线电机2相连。
如图2和图3所示，布置于摩擦力感应爪41接触面凹糟中的摩擦力传感器5，当夹持装置夹紧动作时，摩擦力感应爪41接触面与工件接触，使摩擦力传感器5感应到工件与其接触产生的垂直摩擦力。通过判断工件与摩擦力感应组件接触面接触后，接触面垂直方向上的相对位移直至静止状态而产生的摩擦力变化，计算判断夹持装置抓取状态，并对摩擦力信息进行处理判断并反馈至控制单元CPU，CPU控制直线电机2的驱动信号，使直线电机2提供所需的初始夹紧力并保持稳定，并根据移动运输时夹持爪接触面与工件间应运输过程中的颠簸及其它原因而产生相对滑动导致的摩擦力变化，进一步使夹持装置提供最终夹紧力，避免工件滑落的情况产生。夹紧力N与摩擦力f变化逻辑关系公式如下：
f＝μN
当夹持爪夹持面接触工件，摩擦力传感器5感受到工件对其施加的摩擦力时，对摩擦力信息进行处理反馈至CPU，CPU判断并控制直线电机2的驱动信号，使直线电机伸缩杆21到达所需位置并保持稳定，并根据夹持爪接触面与工件间相对滑动产生的摩擦力变化使夹持装置提供合理的夹紧力。
本实施例中的直线电机2为一种小型电磁直线电机,相比传统的旋转电机，实现高响应且高精度的运动控制，且不需要中间转换部件。
该直线电机2通过布置于直线电机上的电流感应器及伸缩杆位置感应器22，感应直线电机电磁线圈电流信号大小及伸缩杆位置信号，反馈至CPU，通过CPU对信号的处理判断实现对直线电机2电流大小及伸缩杆21位置的精准调节，进而实现夹持装置夹持力的精准控制。
传动机构3包括四组传动单元，每组传动单元包括与基座1和夹持爪机构4相连的活动连接杆34，及导向连接杆33及与直线电机伸缩杆相连的井字形连接件31，通过直线电机伸缩杆21的推出与拉回带动四组传动单元控制末端夹持爪机构的夹紧与张开。该井字形连接件31通过螺栓固定在直线电机伸缩杆21末端，井字形连接件31通过导杆32与导向连接杆33中部相连；导向连接杆33外侧布置有活动连接杆34，导向连接杆33和活动连接杆34通过螺栓与基座1连接，导向连接杆33和活动连接杆34下部与夹持爪机构4上部通过螺栓连接。
摩擦力传感器5，主体为一小型摩擦力传感器，该小型摩擦力传感器具有体积小灵敏度高的特点。无论是来自与摩擦片垂直的力还是来自与摩擦片平行的力，都能做出检测，具有较高灵活性。
为防止夹取一些表面光滑的物体出现滑落的现象，在三组机械夹持爪与一组摩擦力感应爪爪尖与被夹持工件的接触表面上分别设置有锯齿形橡胶防滑垫，使得在夹取物体时更加稳定不易滑落。
Claims (10)
1.一种由直线电机控制对工件夹紧力大小的夹持装置，其特征在于：所述夹持装置包括基座(1)、直线电机(2)、伸缩杆(21)、控制单元、传动机构(3)和夹持爪机构(4)；
所述夹持爪机构(4)包括摩擦力感应爪(41)和多个机械夹持爪(42)，所述摩擦力感应爪(41)与工件的接触面上布置有摩擦力传感器(5)；
所述直线电机(2)与伸缩杆(21)连接，所述直线电机(2)上设有电流感应器，所述伸缩杆(21)上设有位置感应器(22)；
所述控制单元发送电信号，由直线电机(2)驱动伸缩杆(21)运动，进而带动传动机构(3)控制夹持爪机构(4)的张开与闭合。
2.根据权利要求1所述的由直线电机控制对工件夹紧力大小的夹持装置，其特征在于：所述传动机构(3)包括多组传动单元，每组传动单元包括连接杆(34)、导杆(32)、导向连接杆(33)和连接件(31)；所述连接件(31)固定在所述伸缩杆(21)端部，所述连接件(31)通过导杆(32)和导向连接杆(33)相连。
3.根据权利要求2所述的由直线电机控制对工件夹紧力大小的夹持装置，其特征在于：所述连接件(31)为井字形连接件。
4.根据权利要求1所述的由直线电机控制对工件夹紧力大小的夹持装置，其特征在于：所述摩擦力感应爪(41)的接触面上开设有凹槽，所述摩擦力传感器(5)布置在所述凹槽内。
5.根据权利要求1所述的由直线电机控制对工件夹紧力大小的夹持装置，其特征在于：所述机械夹持爪(42)的爪尖与被夹持工件的接触面上设置有防滑垫。
6.根据权利要求5所述的由直线电机控制对工件夹紧力大小的夹持装置，其特征在于：所述防滑垫为锯齿形防滑垫。
7.根据权利要求1所述的由直线电机控制对工件夹紧力大小的夹持装置，其特征在于：所述直线电机(2)为电磁直线电机。
8.根据权利要求7所述的由直线电机控制对工件夹紧力大小的夹持装置，其特征在于：所述直线电机(2)上布置有电流感应器及伸缩杆位置感应器(22)。
9.一种由直线电机控制对工件夹紧力大小的夹持方法，其特征在于：采用如权利要求1所述的夹持装置，所述夹持方法包括以下步骤：
(1)当夹持装置进行夹紧动作时，摩擦力感应爪(41)与工件接触，使摩擦力传感器(5)感应到工件与摩擦力感应爪(41)接触产生的垂直摩擦力；
(2)摩擦力传感器(5)对所述垂直摩擦力进行处理判断并反馈至CPU，CPU控制直线电机(2)的驱动信号，使伸缩杆到达所需位置，并根据机械夹持爪接触面与工件间相对滑动产生的摩擦力变化使夹持装置提供夹紧力。
10.根据权利要求9所述的由直线电机控制对工件夹紧力大小的夹持方法，其特征在于：步骤(2)中，直线电机(2)通过布置于直线电机上的电流感应器及伸缩杆位置感应器(22)，感应直线电机电磁线圈电流信号大小及伸缩杆位置信号，反馈至CPU，通过CPU对信号的处理实现对直线电机(2)的电流大小及伸缩杆(21)位置的调节。
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