CN115056251A - 基于磁流变脂的机械臂通用抓手 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于磁流变脂的机械臂通用抓手，包括外套筒、与外套筒固定连接设置的内铁芯、设置于外套筒与内铁芯之间的磁流变控制组件以及与外套筒固定连接设置的抓手机构；所述磁流变控制组件用于控制抓手机构实现对物体的抓取或释放，本技术方案的机械臂通用抓手具有很好的通用性，实现柔性抓取，降低抓取时对物体的冲击，不易对目标物体产生破坏，能够抓取不同形状、尺寸的物体；由于磁流变脂的响应时间短、所需电压小，因此该抓手具有响应快、能耗低的优点，结构简单、成本低且易于维护。
Description
技术领域
本发明涉及机械装夹领域，具体涉及一种基于磁流变脂的机械臂通用抓手。
背景技术
机械臂末端夹持器是机械臂与环境交互的最后一环，其性能的好坏直接影响机械臂的作业能力。当前工业生产中常使用的抓手，对目标物体的适应性较差，当加工零件的外形、尺寸改变时，通常需要更换末端抓手，降低了生产效率。且现有的机械抓手结构复杂、维护困难、响应时间长、通用性差。
为解决当前机械夹具结构复杂、维护困难、响应缓慢、通用性差、成本高等问题，需要一种新的通用机械抓手。
发明内容
有鉴于此，本技术方案的机械臂通用抓手具有很好的通用性，实现柔性抓取，降低抓取时对物体的冲击，不易对目标物体产生破坏，能够抓取不同形状、尺寸的物体；由于磁流变脂的响应时间短、所需电压小，因此该抓手具有响应快、能耗低的优点，结构简单、成本低且易于维护。
一种基于磁流变脂的机械臂通用抓手，包括外套筒、与外套筒固定连接设置的内铁芯、设置于外套筒与内铁芯之间的磁流变控制组件以及与外套筒固定连接设置的抓手机构；所述磁流变控制组件用于控制抓手机构实现对物体的抓取或释放。
进一步，所述磁流变控制组件包括外套于内铁芯上的永磁环以及绕设于永磁环上的励磁线圈。
进一步，所述抓手机构包括固定安装于内铁芯上的挡板、布置于挡板上方并与外套筒固定连接设置的包膜以及用于对包膜固定限位的环形外领；所述包膜与挡板之间设置有弹性件，所述包膜内灌装有磁流变脂。
进一步，所述包膜包括环形安装部以及环形安装部沿内铁芯轴向方向向上凸起形成多个包膜抓手部，所述环形安装部设置于环形外领与外套筒之间。
进一步，所述包膜抓手部为四个且四个包膜抓手部均匀分布于环形安装部的内圆周方向，所述包膜抓手部端部为弧形结构。
进一步，所述环形安装部上开设有多个用于配合外套筒进行固定连接安装的定位孔，四个所述包膜抓手之间形成有“十”字型的夹持间隙。
进一步，所述挡板通过锁紧件固定安装于内铁芯上端面，所述包膜内表面向下凸起形成包膜安装柱，所述弹性件一端外套于包膜安装柱，弹性件另一端与锁紧件固定连接。
进一步，所述内铁芯下端形成配合外套筒固定连接安装的铁芯台阶，内铁芯与外套筒之间形成用于安装磁流变控制组件的环形腔体。
本发明的有益效果是：
1、本技术方案的机械臂通用抓手，具有很好的通用性，能够抓取不同形状、尺寸的物体；
2、能够实现柔性抓取，降低抓取时对物体的冲击，不易对目标物体产生破坏；
3、结构简单、成本低且易于维护；
4、由于磁流变脂的响应时间短、所需电压小，因此该抓手具有响应快、能耗低的优点；
5、采用磁流变脂，密封要求低，无需专用密封结构；
6、由于弹簧使包膜发生预变形，夹持前所需施加力小，且夹持完毕后包膜能够快速恢复。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明整体结构示意图；
图2为本发明包膜结构示意图；
图3为本发明包膜内部示意图；
图4为本发明磁场走向示意图。
具体实施方式
图1为本发明整体结构示意图；图2为本发明包膜结构示意图；图3为本发明包膜内部示意图；图4为本发明磁场走向示意图(虚线为永磁体磁感线，实线为励磁线圈磁感线)；如图所示，一种基于磁流变脂的机械臂通用抓手，包括外套筒2、与外套筒2固定连接设置的内铁芯1、设置于外套筒2与内铁芯1之间的磁流变控制组件以及与外套筒2固定连接设置的抓手机构；所述磁流变控制组件用于控制抓手机构实现对物体的抓取或释放；本技术方案的机械臂通用抓手具有很好的通用性，实现柔性抓取，降低抓取时对物体的冲击，不易对目标物体产生破坏，能够抓取不同形状、尺寸的物体；由于磁流变脂的响应时间短、所需电压小，因此该抓手具有响应快、能耗低的优点，结构简单、成本低且易于维护。
本实施例中，所述磁流变控制组件包括外套于内铁芯1上的永磁环12以及绕设于永磁环12上的励磁线圈11。内铁芯1整体呈倒“T”字型结构，永磁环12外套并固定连接安装于内铁芯1上，在永磁环12的外圆周上绕设有励磁线圈11，用于形成对抓手机构进行控制。
本实施例中，所述抓手机构包括固定安装于内铁芯1上的挡板10、布置于挡板10上方并与外套筒2固定连接设置的包膜4以及用于对包膜4固定限位的环形外领3；所述包膜4与挡板10之间设置有弹性件，所述包膜4内灌装有磁流变脂5。挡板10固定安装于内铁芯1的上端部且布置于永磁体和励磁线圈上方，励磁线圈11上涂有胶料，挡板10采用铝材，包膜4布置于环形外领3以及外缸筒2之间通过螺栓8以及螺母9进行连接固定。
本实施例中，所述包膜4包括环形安装部41以及环形安装部41沿内铁芯轴向方向(即图1中竖直方向)向上凸起形成多个包膜抓手部42，所述环形安装部41设置于环形外领与外套筒之间。包膜4整体形成类似飞碟状结构，环形安装部41与包膜抓手部42采用一体成型的加工方式，环形安装部41的内圆周沿处沿轴向方向向上凸起形成包膜抓手部42，用于对部件进行抓取。
本实施例中，所述包膜抓手部42为四个且四个包膜抓手部42均匀分布于环形安装部的内圆周方向，所述包膜抓手部端部为弧形结构。所述环形安装部41上开设有多个用于配合外套筒2进行固定连接安装的定位孔，四个所述包膜抓手之间形成有“十”字型的夹持间隙。环形安装部41的圆周方向加工形成有定位孔，用于配合外套筒2进行固定连接，四个包膜抓手42之间形成“十”字型的凹槽结构，便于四个抓手对部件进行夹持抓取。
本实施例中，所述挡板10通过锁紧件7固定安装于内铁芯上端面，所述包膜4内表面向下(即图1中竖直向下)凸起形成包膜安装柱43，所述弹性件一端外套于包膜安装柱43，弹性件6另一端与锁紧件固定连接。弹性件6即为普通弹簧，挡板通过锁紧件7(螺钉或者螺栓均可)与内铁芯1上端面固定连接，弹簧两端固定安装后，确保包膜工作完毕后，能够回位。
本实施例中，所述内铁芯1下端形成配合外套筒2固定连接安装的铁芯台阶，内铁芯1与外套筒2之间形成用于安装磁流变控制组件的环形腔体。
工作原理：
抓手包膜内表面受到磁流变脂法向力FN，外表面受作用于测试物体(以圆柱体为例)表面正压力的反作用力F′⊥，由覆膜水平方向受力平衡得：
F′⊥＝FN
因此覆膜作用于目标物体表面的摩擦力Ff为
其中，μ为静摩擦系数，L为测试物体被包覆深度，R为圆柱体底面半径，σ33为第三正应力，H为工作区域磁场强度，k与材料磁致伸缩系数和磁化率有关，n＝2。
基于磁流变脂的机械臂通用抓手的磁路所示，励磁线圈断电时，工作区域仅存在永磁体产生的磁场，磁流变脂在该磁场作用下，对外表现为半固态；励磁线圈通电时，工作区域同时存在永磁体产生的磁场及励磁线圈产生的磁场，两个磁场的方向相反，通过调节励磁线圈的电流大小，使两者抵消，磁流变脂恢复流动性。
工作时，机械臂末端对准目标物体后，控制基于磁路变脂的通用抓手接近目标物体并对励磁线圈施加电流，使磁流变脂恢复流动性，具有更好的变形能力，直至包膜包裹目标物体；断开励磁线圈电流，使磁流变脂作用在永磁体产生的磁场中，对外表现为半固态，对目标物体产生夹持力；机械臂将目标物体移动到指定位置后，励磁线圈再次通电，工作区域的磁场基本抵消，磁流变脂恢复为流体，释放目标物体，同时包膜在弹簧作用下，迅速恢复，为下一次夹持做好准备。工作过程中，励磁线圈仅需在夹持始末通电，降低了能量消耗。
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，而不脱离本发明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 (8)
1.一种基于磁流变脂的机械臂通用抓手，其特征在于：包括外套筒、与外套筒固定连接设置的内铁芯、设置于外套筒与内铁芯之间的磁流变控制组件以及与外套筒固定连接设置的抓手机构；所述磁流变控制组件用于控制抓手机构实现对物体的抓取或释放。
2.根据权利要求1所述的基于磁流变脂的机械臂通用抓手，其特征在于：所述磁流变控制组件包括外套于内铁芯上的永磁环以及绕设于永磁环上的励磁线圈。
3.根据权利要求1所述的基于磁流变脂的机械臂通用抓手，其特征在于：所述抓手机构包括固定安装于内铁芯上的挡板、布置于挡板上方并与外套筒固定连接设置的包膜以及用于对包膜固定限位的环形外领；所述包膜与挡板之间设置有弹性件，所述包膜内灌装有磁流变脂。
4.根据权利要求3所述的基于磁流变脂的机械臂通用抓手，其特征在于：所述包膜包括环形安装部以及环形安装部沿内铁芯轴向方向向上凸起形成多个包膜抓手部，所述环形安装部设置于环形外领与外套筒之间。
5.根据权利要求4所述的基于磁流变脂的机械臂通用抓手，其特征在于：所述包膜抓手部为四个且四个包膜抓手部均匀分布于环形安装部的内圆周方向，所述包膜抓手部端部为弧形结构。
6.根据权利要求5所述的基于磁流变脂的机械臂通用抓手，其特征在于：所述环形安装部上开设有多个用于配合外套筒进行固定连接安装的定位孔，四个所述包膜抓手之间形成有“十”字型的夹持间隙。
7.根据权利要求6所述的基于磁流变脂的机械臂通用抓手，其特征在于：所述挡板通过锁紧件固定安装于内铁芯上端面，所述包膜内表面向下凸起形成包膜安装柱，所述弹性件一端外套于包膜安装柱，弹性件另一端与锁紧件固定连接。
8.根据权利要求2所述的基于磁流变脂的机械臂通用抓手，其特征在于：所述内铁芯下端形成配合外套筒固定连接安装的铁芯台阶，内铁芯与外套筒之间形成用于安装磁流变控制组件的环形腔体。
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