CN113787540A - 一种基于安培力作用的夹紧驱动装置 - Google Patents

Abstract

一种基于安培力作用的夹紧驱动装置，包括支架、安装在所述支架上的夹紧单元、与待加工物品连接的临时紧固件以及与所述夹紧单元电连接的控制单元；所述夹紧单元夹住所述临时紧固件，且在所述控制单元控制下，通过电磁效应控制所述夹紧单元对所述临时紧固件的夹紧力。与现有技术相比较，本发明基于安培力作用的夹紧驱动装置能高精度控制夹紧力的大小。

Description

一种基于安培力作用的夹紧驱动装置

技术领域

本发明涉及夹紧驱动装置机械领域，特别是涉及一种基于安培力作用的夹紧驱动装置。

背景技术

在工业生产中，经常需要对多个零件进行预定位形成临时紧固件，然后移动临时紧固件到待加工位置进行最终加工。临时紧固件是将两个或以上的零件临时连接成一整体时机械零件的总称。

例如，在飞机装配壁板时就是以穿心夹或普通螺栓等作为临时紧固件夹取壁板，使得壁板与临时紧固件进行预连接，然后将其移至装配位置进行拼接固定。然而，穿心夹或普通螺栓等固定件的夹紧力一般通过人工经验判定而难以实现精确的控制，容易造成在移动过程中壁板从临时紧固件脱落的情况，而且定位精度低，效率差，自动化程度不高。

发明内容

基于此，本发明的目的在于，提供一种基于安培力作用的夹紧驱动装置，以精确控制夹紧力大小。

本发明采取的技术方案如下：

一种基于安培力作用的夹紧驱动装置，包括支架、安装在所述支架上的夹紧单元、与待加工物品连接的临时紧固件以及与所述夹紧单元电连接的控制单元；所述夹紧单元夹住所述临时紧固件，且在所述控制单元控制下，通过电磁效应控制所述夹紧单元对所述临时紧固件的夹紧力。

与现有技术相比较，本发明基于安培力作用的夹紧驱动装置通过电磁效应产生安培力，且控制产生电磁场的电流与电压即可控制夹紧力的大小，从而实现对夹紧力的高精度控制，在保证足够的夹紧力的前提下，有效地防止临时紧固件的破损。

进一步，所述夹紧单元包括第一夹板、第二夹板以及分别设置在所述第一夹板、所述第二夹板相对两板面上的发生器；所述发生器包括铁芯以及与所述铁芯形成电磁场的绕组；所述临时紧固件位于所述第一夹板和所述第二夹板的铁芯所形成的夹紧空间内，并由所述控制单元控制所述绕组的通电，通过发生器产生电磁场，并使第一夹板与第二夹板相互吸附并夹紧。

进一步，所述铁芯由多片硅钢片层叠而成；所述发生器还包括夹紧多片硅钢片的卡扣，多片硅钢片层叠能减少涡流效应。

进一步，所述临时紧固件包括用于夹紧待加工物体的夹紧卡爪、转子、壳体以及端盖；所述夹紧卡爪包括设有内螺纹的杆体以及位于所述杆体一端弹性片；所述转子在所述壳体内旋转；所述转子外连有具有外螺纹且与其同轴旋转的转轴；所述端盖盖设在所述壳体的两端；所述弹性片位于远离所述支架一侧的端盖外，且在远离所述支架的方向上，所述弹性片向所述杆体轴线方向倾斜；所述转轴插入所述杆体内并与之螺纹连接。当夹紧单元夹紧临时紧固件并产生电磁效应时，转子随之转动，杆体顶开弹性片以夹紧位于弹性片与端盖之间的待加工物品，使得待加工物品被稳定夹紧。

进一步，所述壳体由塑料制成。与金属相比，塑料的壳体可减少涡流作用对夹紧力的影响。

进一步，还包括吸取组件；所述吸取组件包括安装在所述支架上并与所述控制单元电连接丝杠电机、与所述丝杠电机连接的丝杠以及位于所述丝杠远离所述丝杠电机一端的磁铁；所述临时紧固件还包括固设在靠近所述支架一端的金属片；在所述丝杠电机带动下，所述磁铁靠近并吸取所述金属片。磁铁吸取临时紧固件并将其移至夹紧单元夹取位置。

进一步，所述夹紧单元还包括夹板电机、与所述夹板电机连接的夹板电推杆、滑块、第一连杆和第二连杆；所述夹板电机固定在所述支架上；所述第一夹板、所述第二夹板分别铰接于所述滑块两侧，所述夹板电推杆位于所述第一夹板、所述第二夹板之间且一端端部与所述滑块固定；所述第一连杆一端铰接于所述第一夹板与所述滑块之间；所述第二连杆一端铰接于所述第二夹板与所述滑块之间，且所述第一连杆和所述第二连杆的另一端铰接于所述支架上。移动滑块以打开或闭合第一夹板和第二夹板。

进一步，所述夹紧单元还包括套设在所述夹板电推杆上的弹簧；所述弹簧连接于所述滑块与所述支架之间。通过所述弹簧可调节第一夹板和第二夹板对临时紧固件的预夹紧力。

进一步，所述夹紧单元还包括导轨；所述导轨固定在所述支架上且开设有通槽；所述发生器固设有位于所述通槽内导向块；所述第一夹板与所述第二夹板靠近或分开时，所述导向块在所述通槽内相对滑动。导轨对第一夹板和第二夹板的移动进行定位，以提高第一夹板和第二夹板夹紧位置的精度。

进一步，所述铁芯开设有与所述壳体外形相配合的凹部；所述第一夹板与所述第二夹板夹紧所述临时紧固件时，所述壳体位于两凹部所围成夹紧空间内，从而提高第一夹板与第二夹板夹紧临时紧固件的稳定性。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。

附图说明

图1为本发明中基于安培力作用的夹紧驱动装置的整体结构立体图；

图2为本发明中基于安培力作用的夹紧驱动装置的正视图；

图3为本发明中基于安培力作用的夹紧驱动装置的俯视图；

图4为本发明中发生器的结构示意图；

图5为本发明中导轨的结构示意图；

图6为本发明中临时紧固件的纵向剖视图；

图7为本发明中夹紧卡爪的结构示意图；

图8为使用本发明中临时紧固件夹紧待加工物品时的局部剖视图；

图9为本发明中发生器的结构示意图。

具体实施方式

本发明基于安培力作用的夹紧驱动装置安装在机械臂末端，请参阅图1，包括支架1、安装在所述支架1上的夹紧单元2、被所述夹紧单元2夹住的临时紧固件4以及与所述夹紧单元2电连接的控制单元(图未示)。所述临时紧固件4包括夹紧卡爪41。当所述夹紧单元2夹紧所述临时紧固件4并通电时，所述临时紧固件4内产生磁场以控制所述夹紧卡爪41的夹紧力。

其中，请结合参阅图2与图3，所述夹紧单元2包括安装在所述支架1上的夹板电机21、由所述夹板电机21推动的夹板电推杆22、滑块23、第一夹板24、第二夹板25、第一连杆26、第二连杆27、套设在所述夹板电推杆22上的弹簧28以及发生器29。所述滑块23位于所述夹板电推杆22远离所述夹板电机21一端，所述第一夹板24和所述第二夹板25分别铰接于所述滑块23的两侧，且所述夹板电推杆22位于所述第一夹板24与所述第二夹板25之间。所述第一连杆26铰接于所述第一夹板24与所述支架1之间，所述第二连杆27铰接于所述第二夹板25与所述支架1之间。所述滑块23，所述第一夹板24、所述第二夹板25、所述第一连杆26、所述第二连杆27以及所述支架1之间的铰接轴均相互平行且与所述夹板电推杆22的轴线相垂直。优选地，沿所述第一连杆26与所述支架1的铰接轴投影，所述第一连杆26、所述第二连杆27与所述支架1的铰接点重合且为点O，所述第一连杆26与所述第一夹板24的铰接点为点A，所述第一夹板24与所述滑块23的铰接点为点A1，所述第二连杆27与所述第二夹板25的铰接点为点B，所述第二夹板25与所述滑块23的铰接点为点B1，所述夹板电推杆22的轴线垂直通过点A1与点B1的连线中点，且点O到点A的距离等于点O到点B的距离，点A到点A1的距离等于点B到点B1的距离。所述第一夹板24与所述第二夹板25的板面相对并可朝所述夹板电推杆22轴线方向远离或靠近。所述弹簧28连接于所述滑块23与所述支架1之间，由于所述弹簧28拉伸时其弹力作用于所述滑块23，因此通过所述弹簧28可调节所述第一夹板24与所述第二夹板25之间的夹紧力。所述发生器29分别固设在所述第一夹板24和所述第二夹板25相对的两板面上。

请参阅图4，每组发生器29包括由多片硅钢片片层叠而成的铁芯291、用于夹紧多片硅钢片的卡扣292、与所述铁芯291形成电磁场的绕组293。多片硅钢片层叠能减少涡流效应。优选的，所述铁芯291上开有与所述临时紧固件4夹紧位置形状相配合的凹部2911，所述第一夹板24的发生器29与所述第二夹板25的发生器29合上后，所述临时紧固件4位于两发生器29的凹部2911所围成的空间内。进一步，所述夹紧单元2还包括导轨30，所述第一夹板24与所述第二夹板25沿所述导轨30靠近和分离。

请参阅图5，所述导轨30包括主体31、盖板32以及连接板33。所述连接板33与所述支架1固定，所述主体31以及所述盖板32通过螺钉等固设在所述连接板33的板面上，所述盖板32盖合到所述主体31上。所述盖板32的板面上开设有通槽321。所述发生器29位于所述导轨30上方且其朝向所述盖板32一侧设有导向块294，所述导向块294插设在所述通槽321内并沿其相对滑动，所述通槽321形状与所述导向块294的滑动轨迹相一致。所述夹板电机21与所述控制单元电连接，在其控制下，所述夹板电机21带动所述夹板电推杆22推动所述滑块23，所述第一夹板24、所述第二夹板25绕其与所述滑块23的铰接点转动，从而使得所述第一夹板24、所述第二夹板25的板面相互靠近或分离，所述弹簧28控制所述第一夹板24和所述第二夹板25之间的夹紧力。

请参阅图6，所述临时紧固件4包括用于夹紧待加工物体的夹紧卡爪41、转子42、壳体43以及端盖44。所述转子42在所述壳体43内转动，所述端盖44盖设到所述壳体43两端并通过螺钉等固定。所述转子42设有与其旋转轴重合的转轴421，所述转轴421设有外螺纹。优选地，所述转子42为鼠笼式，所述壳体43由塑料制成且所述壳体43的轴线与所述转子42的旋转轴线重合并平行于所述夹板电推杆22的轴线。与金属相比，塑料的壳体43能减少电磁效应时所产生的涡流作用。优选地，所述壳体43两端设有周向的凹槽431，使得所述壳体43端部的外径等于所述端盖44的内径，以便于所述端盖44在所述壳体43上的定位。请参阅图7，所述夹紧卡爪41设有中空的杆体411和弹性片412。所述杆体411设有内螺纹。所述转轴421插入所述杆体411内并螺纹连接。所述弹性片412位于远离所述滑块23一侧的端盖44外，且所述弹性片412靠近所述转子42一端到所述杆体411轴线的距离大于所述弹性片412远离所述转子42一端到所述杆体411轴线的距离以便于所述临时紧固件4插入待加工物体内。所述弹性片412远离所述杆体411远离所述杆体411的一端设有倒扣4121，以将待加工物体夹紧。优选地，所述弹性片412为2个以上，且沿所述杆体411圆周方向均匀分布且每个所述弹性片412之间具有均匀的间距。进一步，所述夹紧卡爪41还包括连接于靠近所述转子42一端的固定部413，所述端盖44位于所述固定部413与所述弹性片412之间，且沿所述杆体411轴线方向投影，所述固定部413的横截面积大于所述杆体411的横截面积。请参阅图8，当所述转子42在所述壳体43内转动时，所述转轴421拧动所述杆体411，所述杆体411沿所述转轴421移动直到所述转轴421撑开所述弹性片412为止，所述弹性片412撑开且所述倒扣4121顶住待加工物品以进行固定。

进一步，为将所述临时紧固件4移至所述夹紧单元2便于其抓取，本发明基于安培力作用的夹紧驱动装置还包括吸取组件5，所述吸取组件5包括安装在所述支架1上且与所述控制单元电连接的丝杠电机51、与所述丝杠电机51连接的丝杠52以及设置在所述丝杠52远离所述丝杠电机51一端的磁铁53。所述丝杆52的伸缩方向与所述夹板电推杆22的轴线平行。所述临时紧固件4远离所述夹紧卡爪41的一端固设有金属片45，在本实施例中为硅钢片。在所述丝杠电机51的带动下，所述丝杠52伸向所述临时紧固件4且所述磁铁53吸取所述金属片45以将所述临时紧固件4移至所述夹紧单元2。优选地，所述磁铁53为电磁铁，所述控制单元控制下通电产生磁场。

请参阅图9，进一步，每组发生器29还包括上短路环294和下短路环295，所述凹部2911呈半圆形，所述上短路环294和所述下短路环295沿所述凹部2911的周向方向分别在其两端缠绕多片硅钢片。两组发生器29相互靠近后，各组发生器29的上短路环294相接、下短路环295相接。

由于所述上短路环294和所述下短路环295的磁通总滞后于所述绕组293所产生的磁通，选择一组发生器29的上短路环294和另一组发生器29的下短路环295处于接通状态，一组发生器29的下短路环295和另一组发生器29的上短路环295处于断开状态，可产生顺时针或逆时针磁场方向，根据左手定则与右手定则判断得到，所述转子42的旋转方向与所述上短路环294、所述下短路环295产生的磁场相反。据此可控制所述转子42的旋转方向，进而控制所述夹紧单元2的开合。

在本实施例中，沿所述凹部2911投影，两组发生器29分别为左发生器(未标注)与右发生器(未标注)。接通所述左发生器的上短路环294和所述右发生器的下短路环295，断开所述左发生器的下短路环295和所述右发生器的上短路环294，产生顺时针的磁场，此时所述转子42逆时针转动，从而使得所述夹紧单元2闭合。改为接通所述左发生器的下短路环295和所述右发生器的上短路环294，断开所述左发生器的上短路环294和所述右发生器的下短路环295，产生逆时针的磁场，此时所述转子42顺时针转动，从而使得所述夹紧单元2打开。

由此可见，改变每组发生器29的上短路环294和下短路环295接通状态，使各组发生器29的上短路环294和下短路环295分别处于接通与断开的不同状态，且各组发生器29的上短路环294和下短路环295相互配合，从而控制所述转子42的旋转方向，进而控制所述夹紧单元2的开合。

基于上述的结构，通过本实施例对其夹取待加工物体的过程进行说明。

首先，所述控制单元控制所述夹板电机21正向转动，所述夹板电推杆22推动所述滑块23向所述临时紧固件4方向移动。在所述第一连杆26与所述第二连杆27的限位作用下，所述第一夹板24与所述第二夹板25分别绕其与所述滑块23的铰接点且沿所述导轨30反向转动，所述第一夹板24与所述第二夹板25板面分离直至转至预定角度。

然后，所述控制单元控制所述吸取组件5的丝杠电机51正向转动，所述丝杆52伸至所述临时紧固件4，并使得所述磁铁53吸取所述临时紧固件4的金属片45。

下一步，所述控制单元控制所述吸取组件5的丝杠电机51反向转动，所述丝杆52拉动所述临时紧固件4至所述夹紧单元2夹取的预定位置，以实现所述夹紧单元2与所述临时紧固件4之间的精确定位。

下一步，所述控制单元控制所述夹板电机21反向转动，所述夹板电推杆22拉动所述滑块23向远离所述临时紧固件4方向移动，所述第一夹板24与所述第二夹板25板面相互靠近，直至所述第一夹板24与所述第二夹板25上绕组293相互贴合，所述临时紧固件4的壳体43位于所述凹部2911所形成的空间内，此时，所述第一夹板24与所述第二夹板25之间的预夹紧力与所述弹簧28被拉伸弹性变形所产生的弹力成正比，通过调整所述弹簧28的变形量以及弹性变形系数，使得所述第一夹板24与所述第二夹板25之间的预夹紧力为预定值，从而实现对所述第一夹板24与所述第二夹板25之间的预夹紧力的精确控制。

下一步，所述控制单元控制下，所述绕组293内通入一定频率的电压与电流，在电磁效应作用下，所述第一夹板24与所述第二夹板25上的发生器29之间产生磁场并夹紧所述临时紧固件4。此时，所述第一夹板24与所述第二夹板25之间的夹紧力与所通入的电压与电流成比例，通过控制电压与电流的大小，实现所述第一夹板24与所述第二夹板25之间夹紧力的精确控制，既能预防夹紧力不足的情况，也能防止因夹紧力过大而造成对所述临时紧固件4的破坏。

与此同时，将所述夹紧卡爪41的弹性片412插入所述待加工物体上的通孔内，由于所述转子42切割磁感线而产生电动势与电流，由安培定则可知具有电流的导体在磁场中受到力的作用，因而所述转子42发生旋转，所述杆体411向所述转子42方向移动，所述转轴421撑开所述弹性片412并将待加工物体固定在所述端盖44与所述弹性片412的倒扣4121之间。

最后，机械臂移动所述支架1，将所述待加工物体移至加工位置做进一步的加工。

与现有技术相比较，本发明的基于安培力作用的夹紧驱动装置具有以下优点：

1)通过电磁场产生安培力，并通过控制电流与电压的频率来控制夹紧力的大小，因此夹紧力大小精度高，且具有导轨进行定位，提高定位精度，夹紧的稳定性高。

2)夹紧力稳定且可防止对临时紧固件的破坏。

3)设置多种减少涡流效应的技术手段，能减低涡流效应对夹紧力造成的影响，进一步提高夹紧力的精度。

4)带有吸取临时紧固件的吸取组件，能将临时紧固件移至夹取位置，提高夹紧单元对临时紧固件的定位，并提高自动化生产程度。

5)预夹紧力可通过弹簧调整，进一步提高夹紧力的大小精度。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于安培力作用的夹紧驱动装置，其特征在于：包括支架、安装在所述支架上的夹紧单元、与待加工物品连接的临时紧固件以及与所述夹紧单元电连接的控制单元；所述夹紧单元夹住所述临时紧固件，且在所述控制单元控制下，通过电磁效应控制所述夹紧单元对所述临时紧固件的夹紧力。

2.根据权利要求1所述的基于安培力作用的夹紧驱动装置，其特征在于：所述夹紧单元包括第一夹板、第二夹板以及分别设置在所述第一夹板、所述第二夹板相对两板面上的发生器；所述发生器包括铁芯以及与所述铁芯形成电磁场的绕组；所述临时紧固件位于所述第一夹板和所述第二夹板的铁芯所形成的夹紧空间内，并由所述控制单元控制所述绕组的通电。

3.根据权利要求2所述的基于安培力作用的夹紧驱动装置，其特征在于：所述铁芯由多片硅钢片层叠而成；所述发生器还包括夹紧多片硅钢片的卡扣。

4.根据权利要求2所述的基于安培力作用的夹紧驱动装置，其特征在于：所述临时紧固件包括用于夹紧待加工物体的夹紧卡爪、转子、壳体以及端盖；所述夹紧卡爪包括设有内螺纹的杆体以及位于所述杆体一端弹性片；所述转子在所述壳体内旋转；所述转子外连有具有外螺纹且与其同轴旋转的转轴；所述端盖盖设在所述壳体的两端；所述弹性片位于远离所述支架一侧的端盖外，且在远离所述支架的方向上，所述弹性片向所述杆体轴线方向倾斜；所述转轴插入所述杆体内并与之螺纹连接。

5.根据权利要求4所述的基于安培力作用的夹紧驱动装置，其特征在于：所述壳体由塑料制成。

6.根据权利要求4所述的基于安培力作用的夹紧驱动装置，其特征在于：还包括吸取组件；所述吸取组件包括安装在所述支架上并与所述控制单元电连接丝杠电机、与所述丝杠电机连接的丝杠以及位于所述丝杠远离所述丝杠电机一端的磁铁；所述临时紧固件还包括固设在靠近所述支架一端的金属片；在所述丝杠电机带动下，所述磁铁靠近并吸取所述金属片。

7.根据权利要求4所述的基于安培力作用的夹紧驱动装置，其特征在于：所述夹紧单元还包括夹板电机、与所述夹板电机连接的夹板电推杆、滑块、第一连杆和第二连杆；所述夹板电机固定在所述支架上；所述第一夹板、所述第二夹板分别铰接于所述滑块两侧，所述夹板电推杆位于所述第一夹板、所述第二夹板之间且一端端部与所述滑块固定；所述第一连杆一端铰接于所述第一夹板与所述滑块之间；所述第二连杆一端铰接于所述第二夹板与所述滑块之间，且所述第一连杆和所述第二连杆的另一端铰接于所述支架上。

8.根据权利要求7所述的基于安培力作用的夹紧驱动装置，其特征在于：所述夹紧单元还包括套设在所述夹板电推杆上的弹簧；所述弹簧连接于所述滑块与所述支架之间。

9.根据权利要求8所述的基于安培力作用的夹紧驱动装置，其特征在于：所述夹紧单元还包括导轨；所述导轨固定在所述支架上且开设有通槽；所述发生器固设有位于所述通槽内导向块；所述第一夹板与所述第二夹板靠近或分开时，所述导向块在所述通槽内相对滑动。

10.根据权利要求9所述的基于安培力作用的夹紧驱动装置，其特征在于：所述铁芯开设有与半圆形的凹部；所述第一夹板与所述第二夹板夹紧所述临时紧固件时，所述壳体位于两凹部所围成夹紧空间内；所述发生器还包括上短路环和下短路环，沿所述凹部的轴向投影，所述上短路环和所述下短路环分别位于所述凹部周向的两端。

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