CN117086908A - 一种电磁自锁夹具以及机器人 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种电磁自锁夹具以及机器人。所述夹具包括：电磁铁，在通电状态下具有磁性，在断电状态下磁性消失；磁吸底座，具有限位孔，并被通电状态下的所述电磁铁吸附形成磁吸配合；以及电磁伸缩部，包括伸缩杆件，其中，在形成所述磁吸配合后，所述伸缩杆件在断电状态下回弹以至少部分伸入所述限位孔内与所述限位孔的孔壁接触形成支撑，所述伸缩杆件在通电状态下收缩以完全离开所述限位孔。

Description

一种电磁自锁夹具以及机器人

技术领域

本申请涉及机器人末端抓取技术领域，特别地，涉及一种电磁自锁夹具以及机器人。

背景技术

随着人工智能的发展和具身智能的提出，机械臂从工业场景迈进商用场景的拼图越来越完整，但同时市场对机械臂末端夹具的要求也越来越高。常见的机械臂末端为夹爪式执行器或电磁铁式执行器。

高精度夹爪式执行器通常存在成本较高、负载小、结构件多、组装困难等问题。相较而言，电磁铁式执行器具有抓取便捷、结构简单等优势。但电磁铁式执行器的安全性往往因难以满足商用场景的要求而被限制于工业场景中应用。这便在极大程度上遏制了电磁铁式执行器以及智能机器人在商用（尤其是家用）场景下的发展和推广。

应当理解，该背景技术部分描述的内容仅用于帮助理解本申请公开的技术方案，而并非一定属于本申请的申请日之前的现有技术。

发明内容

本申请一方面提供了一种电磁自锁夹具，包括：电磁铁，在通电状态下具有磁性，在断电状态下磁性消失；磁吸底座，具有限位孔，并被通电状态下的所述电磁铁吸附形成磁吸配合；以及电磁伸缩部，包括伸缩杆件，其中，在形成所述磁吸配合后，所述伸缩杆件在断电状态下回弹以至少部分伸入所述限位孔内并与所述限位孔的孔壁接触形成支撑，所述伸缩杆件在通电状态下收缩以完全离开所述限位孔。

在一个实施方式中，所述磁吸底座包括：底座本体，用于与所述电磁铁吸附；外伸挂耳，连接于所述底座本体的外侧，并具有所述限位孔。

在一个实施方式中，所述电磁伸缩部的数量和所述外伸挂耳的数量相同且均为多个，以及多个所述电磁伸缩部中的至少两个被配置为互呈180度，多个所述外伸挂耳中的至少两个也被配置为互呈180度，其中，所述互呈180度的至少两个外伸挂耳分别位于所述底座本体的沿所述伸缩杆件的中心线方向延伸的两端。

在一个实施方式中，配置所述电磁伸缩部和所述电磁铁均为通电状态以吸附所述磁吸底座；配置所述电磁伸缩部为通电状态，并配置所述电磁铁为断电状态以释放所述磁吸底座；或者配置所述电磁伸缩部与所述电磁铁均为断电状态以使所述伸缩杆件与所述孔壁接触形成支撑。

在一个实施方式中，所述限位孔包括圆孔，所述伸缩杆件包括圆杆，以及所述圆孔的轴线与所述圆杆的轴线重合。

在一个实施方式中，所述夹具还包括：连接板，分别与所述电磁铁和所述电磁伸缩部连接，其中，所述电磁铁和所述电磁伸缩部均位于所述连接板的靠近所述磁吸底座的一侧。

在一个实施方式中，所述底座本体包括限位凹槽，所述电磁铁包括凸块，以及在所述磁吸配合状态下所述凸块位于所述限位凹槽中。

在一个实施方式中，所述底座本体的开口尺寸大于所述底座本体的底部尺寸。

本申请另一方面提供了一种电磁自锁机器人，所述机器人包括：如上述任一实施方式中的所述的夹具；机械臂，与所述夹具连接；以及控制模块，与所述机械臂电连接，用于向所述机械臂发送指令，并控制所述机械臂带动所述夹具完成预定动作。

在一个实施方式中，所述机器人还包括：炸篮，包括篮子和篮柄，所述篮柄与所述磁吸底座连接。

本申请提供的电磁自锁夹具可具有以下至少一个有益效果：

根据本申请的一些实施方式中的电磁自锁夹具，其电磁铁可在通电状态下吸附磁吸底座，可较容易地实现对目标物体的抓取；以及

根据本申请的一些实施方式中的电磁自锁夹具，可以在突然断电的情况下通过伸缩杆件与磁吸底座上的限位孔壁形成的限位支撑来实现夹具的自锁，从而防止负载的掉落。

附图说明

结合附图，通过以下非限制性实施方式的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将变得更加明显。在附图中：

图1是根据本申请示例性实施方式的电磁自锁夹具在电磁铁和磁吸底座未吸附时的结构示意图；

图2是根据本申请示例性实施方式的电磁自锁夹具在电磁铁和磁吸底座吸附时的结构示意图；以及

图3是根据本申请示例性实施方式的电磁自锁机器人的结构爆炸示意图。

具体实施方式

为了更好地理解本申请，将参考附图对本申请的各个方面做出更详细的说明。应当理解的是，这些详细说明只是对本申请的示例性实施方式的描述，而非以任何方式限制本申请的范围。在说明书全文中，相同的附图标号指代相同的元件。表述“和/或”包括相关联的所列项目中的一个或多个的任何和全部组合。

应当注意的是，在本说明书中，“第一”、“第二”、“第三”等表述仅用于将一个特征与另一个特征区分开来，而不表示对特征的任何限制，尤其不表示任何的先后顺序。因此，在未背离本申请的教导的情况下，本申请中讨论的第一电磁伸缩部也可称为第二电磁伸缩部，反之亦然。

在说明书中，对“一个实施方式”、“实施方式”、“示例实施方式”、“一些实施方式”等的引用指示所描述的实施方式可以包括特定特征、结构或特性，但是每个实施方式可以不一定包括该特定特征、结构或特性。此外，这些短语不一定是指相同的实施方式。此外，当结合实施方式描述特定特征、结构或特性时，无论是否明确描述，结合其他实施方式实现这种特征、结构或特性都将在相关领域技术人员的知识范围内。

在附图中，为了便于说明，已稍微调整了部件的厚度、尺寸和形状。附图仅为示例而并非严格按比例绘制。例如，在本申请中附图绘制的连接板的尺寸并非按照实际生产中的比例。如在本文中使用的“大致”、“大约”以及类似的用语用作表近似的用语，而不用作表程度的用语，并且旨在说明将由本领域普通技术人员认识到的、测量值或计算值中的固有偏差。

应当理解的是，诸如“包括”、“包括有”、“具有”、“包含”和/或“包含有”等表述在本说明书中是开放性而非封闭性的表述，其表示存在所陈述的特征、元件和/或部件，但不排除一个或多个其它特征、元件、部件和/或它们的组合的存在。此外，当诸如“...中的至少一个”的表述出现在所列特征的列表之后时，其修饰整列特征，而非仅仅修饰列表中的单独元件。此外，当描述本申请的实施方式时，使用“可”表示“本申请的一个或多个实施方式”。并且，用语“示例性的”旨在指代示例或举例说明。

还应理解的是，诸如“上”、“上方”和“之上”的含义应该以最广泛的方式来解释，使得“上”不仅意味着“直接在某物上”，而且还包括“在某物上”并且其间具有中间特征或层的含义，并且“上方”或“之上”不仅意味着在某物“上方”或“之上”的含义，而且还可以包括在某物“上方”或“之上”并且其间不具有中间特征或层（即，直接在某物上）的含义。

除非另外限定，否则本文中使用的所有措辞（包括工程术语和科技术语）均具有与本申请所属领域普通技术人员的通常理解相同的含义。还应理解的是，除非本申请中有明确的说明，否则在常用词典中定义的词语应被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义一致的含义，而不应以理想化或过于形式化的意义解释。

需要说明的，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。另外，除非明确限定或与上下文相矛盾，否则本申请所记载的方法中包含的具体步骤不必限于所记载的顺序，而可以任意顺序执行或并行地执行。

本申请的发明人发现，电磁铁式末端执行器在工作过程中需要依靠持续的通电以达到磁吸条件来保证对负载的抓取，但在紧急情况下（例如突然的断电）存在磁性消失、负载脱落的风险，严重时将造成设备的损坏，甚至导致人员受伤。

此外，在用电磁铁直接抓取磁性金属或抓取磁性金属连接的负载时，如果磁性金属或其连接的负载重量较重且具有一定的体积，则电磁铁执行例如翻转、突然的变速等动作就可能与抓取的物品发生相对滑动甚至使负载脱落。这将限制电磁铁式末端执行器在一些要求抓取物品姿态不变的场合中的应用。在商业场景下，如果被抓取的物品在运动过程中与电磁铁突然发生相对滑动甚至掉落将是极具危险和不可被用户所接受的。

本申请提供了一种电磁自锁夹具，可至少改善或解决上述问题。在突然断电或失磁情况下，通过电磁伸缩部中的伸缩杆件与磁吸底座上的限位孔壁的配合，形成了限位支撑从而实现了夹具的自锁，可有效防止磁吸底座及与磁吸底座相连的负载的滑动或掉落。

以下将结合附图对本申请的特征、原理和其它方面进行详细描述。

图1是根据本申请示例性实施方式的电磁自锁夹具在电磁铁和磁吸底座未吸附时的结构示意图。图2是根据本申请示例性实施方式的电磁自锁夹具在电磁铁和磁吸底座吸附时的结构示意图。结合图1和图2所示，电磁自锁夹具100可包括电磁伸缩部110、电磁铁120和磁吸底座130。示例性地，电磁伸缩部110包括伸缩杆件111，伸缩杆件111可在通电状态下收缩，在断电状态下回弹至初始位置。

在一些实施方式中，电磁伸缩部110可包括磁性件和弹性件（未示出），该磁性件在通电时产生磁性以吸引伸缩杆件111，使其在磁吸引力的作用下压缩弹性件，并沿例如y的方向/y的反方向进行收缩。在断电时，磁吸引力消失，伸缩杆件111在弹性件的弹力作用下迅速回弹以恢复至初始位置。示例性地，电磁伸缩部110可包括电磁推杆或电动推杆。

可以理解的，电磁铁120在通电状态下产生磁性，在断电状态下磁性消失。磁吸底座130具有限位孔1311，其可被通电状态下的电磁铁120吸附从而形成磁吸配合。示例性地，磁吸底座130包括外伸挂耳131和底座本体132。底座本体132可被通电后的电磁铁120吸附，外伸挂耳131位于底座本体132外侧，例如位于底座本体132的沿x方向和沿y方向的两端，限位孔1311位于外伸挂耳131上。

在一些实施方式中，外伸挂耳131和电磁伸缩部110的数量相同且均为多个，每一外伸挂耳131上都具有一个限位孔1311，限位孔1311与电磁伸缩部110一一对应并可形成配合。多个电磁伸缩部110中的至少两个被配置为互呈180度，多个外伸挂耳131中的至少两个也被配置为互呈180度。可参考图1所示，沿x方向依次排列的两个电磁伸缩部110（分别为第一电磁伸缩部、第二电磁伸缩部）的配置方向互呈180度，第一电磁伸缩部沿y方向配置，第二电磁伸缩部沿y的反方向配置。类似地，两个外伸挂耳131也沿x方向依次排列（分别为第一外伸挂耳、第二外伸挂耳），并分别位于底座本体132的对角端，包括底座本体132沿伸缩杆件111的中心线方向（y方向）延伸的两端以及沿x方向延伸的两端，其配置方向互呈180度。

可以理解的，将第一外伸挂耳、第二外伸挂耳设置为方向互呈180度，以及将第一电磁伸缩部、第二电磁伸缩部也设置为方向互呈180度，可在第一外伸挂耳与第一电磁伸缩部形成配合后限制第一电磁伸缩部沿y方向的移动；同理，可在第二外伸挂耳与第二电磁伸缩部形成配合后限制第二电磁伸缩部沿y的反方向的移动。综上，将至少两个外伸挂耳131与至少两个电磁伸缩部110分别设置为方向互呈180度，可对电磁伸缩部110在y方向/y的反方向上的移动进行限位，以保证电磁自锁夹具100自锁后的稳定性。

在电磁伸缩部110未通电/断电时，伸缩杆件111的至少部分位于限位孔1311内。换言之，在一些实施方式中伸缩杆件111未贯穿限位孔1311，仅一部分伸入限位孔1311；在另一些实施方式中伸缩杆件111从限位孔1311内延伸出。在电磁伸缩部110通电时，伸缩杆件111收缩并完全离开限位孔1311，从而不会在电磁铁120断电释放磁吸底座130的过程中产生限位和阻挡。

还可以理解的是，电磁自锁夹具100突然断电时，电磁铁120和电磁伸缩部110将同时断电。此时，伸缩杆件111在弹力的作用下迅速弹出，并可在电磁铁120与磁吸底座130因惯性而尚未分开时伸入限位孔1311中，限位孔1311的孔壁可对伸缩杆件111形成支撑以保证磁吸底座130的不脱落。

电磁伸缩部110和电磁铁120的通电状态可为相同或不同。例如配置电磁伸缩部110和电磁铁120均为通电状态，此时电磁铁120可吸附磁吸底座130；配置电磁伸缩部110为通电状态，并配置电磁铁120为断电状态，此时由于磁性消失，磁吸底座130得以被释放；或者配置电磁伸缩部110与电磁铁120均为断电状态，此时电磁铁120对磁性底座130的磁吸引力消失，电磁伸缩部110中的伸缩杆件111回弹入限位孔1311内，其孔壁与伸缩杆件111接触后可形成限位支撑。

示例性地，伸缩杆件111可为圆杆、方杆、菱形杆或不规则形状杆中的一种，限位孔1311的孔形与伸缩杆件111杆形相对应，如伸缩杆件111为圆杆、则限位孔1311为圆孔，伸缩杆件111为方杆、则限位孔1311为方孔，伸缩杆件111为菱形杆、则限位孔1311为菱形孔，伸缩杆件111为不规则形状杆、则限位孔1311为对应的不规则形状孔。伸缩杆件111的中心线与限位孔1311的中心线重合，并可沿y方向或y的反方向延伸。

在一些实施方式中，伸缩杆件111为圆杆，限位孔1311为圆孔，在电磁铁120与磁吸底座130形成磁吸配合时，该圆杆的轴线与该圆孔的轴线重合，从而保证了良好的同轴度，有利于伸缩杆件111与限位孔1311的精确配合，同时还可降低对配合公差的要求。示例性地，限位孔1311的直径与伸缩杆件111的直径的差值D满足：1.0mm≤D≤3.0mm。

电磁铁120的形状包括长方体与圆柱体的组合，该圆柱体为凸块121。底座本体132上具有限位凹槽1321。在磁吸配合状态下凸块121位于限位凹槽1321内，从而可限制电磁铁120在x方向/x反方向上的运动，有利于保证磁吸配合后的电磁自锁夹具100的稳定性。

在不脱离本发明构思的基础上，本领域技术人员可自行设置电磁铁120或底座本体132的形状，例如将电磁铁120的形状设置为圆柱体、立方体、菱形体、梯形体以及其任意组合中的一种或多种。

继续参考图1和图2所示，电磁自锁夹具100还包括连接板140，电磁伸缩部110和电磁铁120均位于连接板140的靠近磁吸底座130的一侧，即沿z的反方向一侧。电磁铁120可设置于多个电磁伸缩部110之间。连接板140与电磁伸缩部110和电磁铁120的连接方式包括铆接、螺钉连接、焊接以及粘接中的至少一种。连接板140的材质为非磁性材料，其不可被通电状态下的电磁铁120吸引。示例性地，连接板140的材质包括铝、钛、锡、铝合金、钛合金、锡合金或其任意组合中的至少一种。

底座本体132的开口尺寸大于底座本体132的底部尺寸。示例性地，底座本体132的内壁132a一部分倾斜设置，一部分垂直（平行于z方向）设置。进一步地，可将内壁132a的上侧部分设置为向内倾斜，下侧部分设置为垂直以实现底座本体132的开口尺寸大于其底部尺寸。电磁铁120与磁吸底座130形成磁吸配合后，内壁132a的垂直部分将环绕电磁铁120，并在x方向和y方向上对电磁铁120形成良好的限位，可避免翻转、变速等运动过程中的电磁铁120与磁吸底座130发生相对滑动。

在一些实施方式中，底座本体132的内部空间包括上部（z方向一侧）大、底部（z的反方向一侧）小的梯形体和长方体的结合。该梯形体与该长方体相接并位于该长方体上侧。上述梯形体的设计有利于降低电磁铁120 在吸附磁吸底座130过程中的对准难度，并可降低对二者间的配合公差的精度要求。电磁铁120可将内壁132a倾斜设置的上侧部分作为导向面并沿该导向面滑入底座本体132的底部空间内。需要说明的，内壁132a上侧部分的倾斜设置可至少为电磁铁120与磁吸底座130的对准增加5mm的容错裕量。

示例性地，外伸挂耳131和底座本体132可为一整体部件；也可为分体式零件，并经由例如铆接、焊接、粘结、螺钉连接等装配工艺成为一体。磁吸底座130的材质包括磁性金属或者合金，例如铁，钴，镍、铁合金、钴合金、镍合金中的一种或多种。

本申请另一方面还提供了一种电磁自锁机器人。图3是根据本申请示例性实施方式的电磁自锁机器人的结构爆炸示意图。如图3所示，电磁自锁机器人900包括电磁自锁夹具100、机械臂200以及控制模块300。机械臂200的末端可与电磁自锁夹具100连接。进一步地，机械臂200的末端可通过螺钉连接到连接板140的上侧（沿z方向的一侧）。控制模块300与机械臂200电连接，从而可向机械臂200发送指令以控制机械臂200带动电磁自锁夹具100完成预定的动作。

在一些实施方式中，电磁自锁机器人900还包括炸篮400，炸篮可由篮柄410和篮子420组成。篮柄410与磁吸底座130（参考图1）的底部连接。示例性地，磁吸底座130的的底部具有波纹状凹槽150，篮柄410可由多个圆杆沿y方向并排连接而成，并可嵌入波纹状凹槽150内以进行定位。

在一些实施方式中，电磁伸缩部110可包括磁性件和弹性件（未示出），该磁性件在通电时产生磁性以吸引伸缩杆件111，使其在磁吸引力的作用下压缩弹性件，并沿例如y方向/y的反方向进行收缩。在断电时，磁吸引力消失，伸缩杆件111在弹性件的弹力作用下迅速回弹以恢复至初始位置，在形成磁吸配合后，该初始位置可设置于的限位孔1311的内部，也可设置于限位孔1311的远离电磁伸缩部110的一侧。

在工作状态下，机械臂200与连接板140、电磁铁120、电磁伸缩部110共同运动，其可对磁吸底座130及与磁吸底座130相连的炸篮400进行吸附和释放。在吸附过程中，电磁铁120通电产生磁性，电磁伸缩部110也被通电使伸缩杆件111在磁吸引力的作用下收缩，从而在电磁铁120由远及近与磁吸底座130形成磁吸配合时，不会受到伸缩杆件111的阻挡。在释放过程中，电磁铁120断电而消磁，此时电磁伸缩部110仍被通电以保持伸缩杆件111的收缩，从而在电磁铁120释放离开磁吸底座130时也不会受到伸缩杆件111的阻挡。

在电磁铁120与磁吸底座130的形成磁吸配合后，底座本体132容纳电磁铁120并分别在x方向和y方向上对电磁铁120进行了限位，从而在电磁自锁夹具100随机械臂200进行例如翻转、变速等运动时，可保证磁吸底座130及同磁吸底座130连接的炸篮400不与电磁铁120发生相对滑动以及脱落。

在电磁自锁机器人900突然发生断电时，电磁铁120和电磁伸缩部110都将断电，此时电磁铁120断电消磁，在电磁铁120和磁吸底座130因惯性的存在尚未分离或刚要分离时，伸缩杆件111所受到的磁吸引力消失，并在弹性件的弹力作用下迅速回弹伸入磁吸底座130的限位孔1311中，在与限位孔1311的孔壁接触后形成限位支撑。

在一些实施方式中，电磁自锁机器人900还包括传感器（未示出），该传感器可用于检测电磁铁120和磁吸底座130的吸附情况，并将电信号反馈至控制模块300，控制模块300可分别对电磁铁120以及电磁伸缩部110下发通电/断电的信号指令。

电磁自锁机器人900可应用于金融、医疗、家居、零售、安防、教育等诸多场景，例如，可将电磁自锁机器人900用于厨房场景下的烹饪及烹调，以自动化制备食品。

需要说明的，磁吸底座130与炸篮400的连接仅为示例性说明，而非是对连接的负载的限制。本领域技术人员还可设置其他种类的负载与磁吸底座130相连。例如将炸篮400替换为锅具、勺子、铲子等。

电磁自锁机器人900可以在突然断电的情况下，通过伸缩杆件111与限位孔1311的孔壁形成限位支撑，实现自锁功能，从而有效防止了负载（例如炸篮400）在工作中因断电而掉落。

由于在上文中描述电磁自锁夹爪100时涉及的内容和结构可完全地或部分地适用于此处描述的电磁自锁机器人900，因此与其相关或相似的内容不再进行赘述。

以上描述仅为本申请的实施方式以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的保护范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离技术构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的（但不限于）具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (10)

1.一种电磁自锁夹具，其特征在于，所述夹具包括：

电磁铁，在通电状态下具有磁性，在断电状态下磁性消失；

磁吸底座，具有限位孔，并被通电状态下的所述电磁铁吸附形成磁吸配合；以及

电磁伸缩部，包括伸缩杆件，

其中，在形成所述磁吸配合后，所述伸缩杆件在断电状态下回弹以至少部分伸入所述限位孔内与所述限位孔的孔壁接触形成支撑，所述伸缩杆件在通电状态下收缩以完全离开所述限位孔。

2.根据权利要求1所述的夹具，其特征在于，所述磁吸底座包括：

底座本体，用于与所述电磁铁吸附；以及

外伸挂耳，连接于所述底座本体的外侧，并具有所述限位孔。

3.根据权利要求2所述的夹具，其特征在于，所述电磁伸缩部的数量和所述外伸挂耳的数量相同且均为多个，以及

多个所述电磁伸缩部中的至少两个被配置为互呈180度，多个所述外伸挂耳中的至少两个也被配置为互呈180度，

其中，所述互呈180度的至少两个外伸挂耳分别位于所述底座本体的沿所述伸缩杆件的中心线方向延伸的两端。

4.根据权利要求1所述的夹具，其特征在于，配置所述电磁伸缩部和所述电磁铁均为通电状态以吸附所述磁吸底座；

配置所述电磁伸缩部为通电状态，并配置所述电磁铁为断电状态以释放所述磁吸底座；或者

配置所述电磁伸缩部与所述电磁铁均为断电状态以使所述伸缩杆件与所述孔壁接触形成支撑。

5.根据权利要求1所述的夹具，其特征在于，所述限位孔包括圆孔，所述伸缩杆件包括圆杆，以及所述圆孔的轴线与所述圆杆的轴线重合。

6.根据权利要求1所述的夹具，其特征在于，还包括：

连接板，分别与所述电磁铁和所述电磁伸缩部连接，

其中，所述电磁铁和所述电磁伸缩部均位于所述连接板的靠近所述磁吸底座的一侧。

7.根据权利要求2所述的夹具，其特征在于，所述底座本体包括限位凹槽，所述电磁铁包括凸块，以及在所述磁吸配合状态下所述凸块位于所述限位凹槽中。

8.根据权利要求2所述的夹具，其特征在于，所述底座本体的开口尺寸大于所述底座本体的底部尺寸。

9.一种电磁自锁机器人，其特征在于，所述机器人包括：

如权利要求1至8中任一所述的夹具；

机械臂，与所述夹具连接；以及

控制模块，与所述机械臂电连接，用于向所述机械臂发送指令，并控制所述机械臂带动所述夹具完成预定动作。

10.根据权利要求9所述的机器人，其特征在于，还包括：

炸篮，包括篮子和篮柄，所述篮柄与所述磁吸底座连接。