CN212527796U - 一种电动夹爪 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种电动夹爪，包括驱动电机(1)、抱闸电机(3)、控制器和第一角度传感器。抱闸电机的摩擦片与驱动电机的电机轴(2)通过联轴器(5)连接，电机轴为中空结构，电机轴内穿设有传动轴(6)，传动轴的输入端与电机轴固定连接，输出端通过传动机构与夹爪手指(7)连接。驱动电机、抱闸电机和第一角度传感器均与控制器电连接，第一角度传感器用于测量传动轴的输出端相对电机轴的旋转角度。本实用新型提供的电动夹爪结构紧凑，有利于实现小型化设计，而且，其控制精度较高，运行时更加可靠耐用。

Description

一种电动夹爪

技术领域

本实用新型涉及机电产品技术领域，特别是涉及一种电动夹爪。

背景技术

电动夹爪在设计时主要考虑的两个功能有抓取力控制和手指位置控制，然而，目前的电动夹爪在实现这两个功能时普遍存在结构体积大、控制精度低等缺陷，因此，如何提供一种结构更加紧凑、控制精度更高的电动夹爪，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种电动夹爪，该电动夹爪结构紧凑，有利于实现小型化设计，而且，其控制精度较高，运行时更加可靠耐用。

为了达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种电动夹爪，包括驱动电机、抱闸电机，以及与所述驱动电机和所述抱闸电机电连接的控制器，所述抱闸电机的摩擦片与所述驱动电机的电机轴通过联轴器连接，所述电机轴为中空结构，所述电机轴内穿设有传动轴，所述传动轴的输入端与所述电机轴固定连接，输出端通过传动机构与夹爪手指连接；

所述电动夹爪还包括与所述控制器电连接的第一角度传感器，所述第一角度传感器用于测量所述传动轴的输出端相对所述电机轴的旋转角度。

可选地，在上述电动夹爪中，所述第一角度传感器具体为配套使用的磁栅传感器和磁编码器，所述磁栅传感器包括安装在所述电机轴上的磁栅和安装在所述驱动电机的机壳上的磁栅芯片，所述磁编码器包括安装在所述传动轴的输出端的径向多极磁环和安装在所述机壳上的第一磁编芯片。

可选地，在上述电动夹爪中，所述径向多极磁环通过轴套安装在所述传动轴上，所述轴套的端部具有由相对的两个限位凸块形成的凹槽，所述电机轴的轴端具有位于所述凹槽内的扁头，所述扁头在两个所述限位凸块间的旋转行程为预设限位保护角。

可选地，在上述电动夹爪中，所述预设限位保护角为1°～15°。

可选地，在上述电动夹爪中，所述电动夹爪还包括减速齿轮组和与所述控制器电连接的第二角度传感器，所述减速齿轮组的高速侧始端齿轮安装在所述电机轴上，而低速侧末端齿轮安装在所述驱动电机的机壳上，所述末端齿轮在所述夹爪手指的整个移动行程内的旋转行程小于一圈，所述第二角度传感器用于测量所述末端齿轮相对所述机壳的旋转角度。

可选地，在上述电动夹爪中，所述第二角度传感器包括安装在所述末端齿轮上的径向单极磁环和安装在所述机壳上的第二磁编芯片。

可选地，在上述电动夹爪中，所述联轴器为弹性联轴器。

可选地，在上述电动夹爪中，所述联轴器为膜片联轴器。

可选地，在上述电动夹爪中，所述驱动电机为无刷直流电机。

可选地，在上述电动夹爪中，所述传动机构为齿轮齿条机构，所述齿轮齿条机构的齿轮安装在所述传动轴的输出端。

根据上述技术方案可知，本实用新型提供的电动夹爪中，驱动电机的电机轴为中空结构，与夹爪手指相连的传动轴穿设在电机轴内，这样可使电动夹爪结构紧凑，有利于实现小型化设计。同时，利用第一角度传感器可以测量传动轴的输出端相对电机轴的旋转角度，即传动轴自身的扭转角，再结合传动轴材料的力学性能便能计算出输出端扭矩，从而实现抓取力的精准控制，使电动夹爪运行得更加可靠。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的一种电动夹爪的剖视图；

图2是图1中的磁栅传感器91和磁编码器92与传动轴6的位置关系示意图；

图3是图1中电机轴2和传动轴6的示意图；

图4是图3中传动轴6受到限位保护时的A-A剖视图；

图5是图3中传动轴6无负载时的A-A剖视图；

图6是图3中的轴套11和径向多极磁环921与传动轴6拆解后的立体示意图；

图7是图1中减速齿轮组10的布置示意图。

图中标记为：

1、驱动电机；2、电机轴；21、扁头；3、抱闸电机；4、支撑杆；5、联轴器；6、传动轴；7、夹爪手指；8、齿轮；91、磁栅传感器；911、磁栅； 912、磁栅芯片；92、磁编码器；921、径向多极磁环；922、第一磁编芯片； 10、减速齿轮组；11、轴套；111、限位凸块；12、第二角度传感器；121、径向单极磁环；122、第二磁编芯片。

具体实施方式

为了便于理解，下面结合附图对本实用新型作进一步的描述。

参见图1和图2，图1是本实用新型实施例提供的一种电动夹爪的剖视图，图2是图1中的磁栅传感器91和磁编码器92与传动轴6的位置关系示意图。

本实用新型实施例提供的电动夹爪包括驱动电机1、抱闸电机3，以及与驱动电机1和抱闸电机3电连接的控制器(图中未示出)，其中，抱闸电机3 的摩擦片与驱动电机1的电机轴2通过联轴器5连接，电机轴2为中空结构，电机轴2内穿设有传动轴6，传动轴6的输入端与电机轴2固定连接，输出端通过传动机构与夹爪手指7连接。

图1示例性地展示了一种二指平行夹爪，工作时，驱动电机1启动后使电机轴2旋转，电机轴2带动传动轴6旋转，传动机构将传动轴6的旋转运动转变为夹爪手指7的直线运动。抱闸电机3用于实现抓握力的保持，当驱动电机1运动时，抱闸电机3是松开状态；当驱动电机1停止运动后，抱闸电机3是抱死状态。

为了优化组装工艺，以及使接线更合理，本实施例中，抱闸电机3位于驱动电机1的相对夹爪手指7的另一侧。当然，在其他的实施例中，抱闸电机3也可以和夹爪手指7位于驱动电机1的同一侧，对实现其制动功能是没有影响的。

为了实现精确的抓取力控制，本实施例中，电动夹爪还包括第一角度传感器，第一角度传感器用于测量传动轴6的输出端相对电机轴2的旋转角度，并且，第一角度传感器与控制器电连接。

如图1和图2所示，本实施例中，第一角度传感器具体为配套使用的磁栅传感器91和磁编码器92，磁栅传感器91包括安装在电机轴2上的磁栅911 和安装在驱动电机1机壳上的磁栅芯片912(需要说明的是，图1中抱闸电机 3和磁栅芯片912通过支撑杆4与驱动电机1的机壳固定连接)，磁编码器 92包括安装在传动轴6的输出端的径向多极磁环921和安装在驱动电机1机壳上的第一磁编芯片922。工作时，磁栅传感器91既作为测量驱动电机1的驱动转角(即电机轴2的转动角度)的传感器，也作为测量传动轴6自身扭转角度的基准传感器。传动轴6的输出端在负载的作用下与其输入端发生相对转动，通过磁栅传感器91和磁编码器92获得传动轴6两端的转角信息后，由控制器的运算单元计算出传动轴6两端的转角偏差(即传动轴6的扭转角)，然后根据传动轴6材料的力学性能可计算出输出端扭矩。因此，磁栅传感器 91与磁编码器92配套使用可实现抓取力的精准控制。

在其他的实施例中，第一角度传感器也可以只单独使用一个传感器，此时，该传感器的两个测量部件需分别安装在传动轴6的两端，例如将该传感器的磁栅固定在电机轴2上，或者在传动轴6的输入端上，将该传感器的感应芯片固定在传动轴6的输出端，有扭矩负载时，感应芯片相对磁栅发生位置变化，从而检测出扭转角度。

参见图1和图7，为了实现精确的手指位置控制，本实施例中，电动夹爪还包括减速齿轮组10第二角度传感器12，其中，减速齿轮组10的高速侧始端齿轮安装在电机轴2上，而低速侧末端齿轮安装在驱动电机1的机壳上，末端齿轮在夹爪手指7的整个移动行程内的旋转行程小于一圈，第二角度传感器12用于测量末端齿轮相对驱动电机1机壳的旋转角度，并且，第二角度传感器12与控制器电连接。

如图7所示，第二角度传感器12包括安装在减速齿轮组10低速侧末端齿轮上的径向单极磁环121和安装在驱动电机1机壳上的第二磁编芯片122。在夹爪的一个开/合行程内，电机轴2的旋转圈数大于1，磁栅芯片912可以识别电机,轴2旋转一周内的准确角度，但是超过一周后，数据会重复。由于减速齿轮组10的高速侧始端齿轮安装在电机轴2上，所以夹爪开合时减速齿轮组10的各个齿轮随电机轴2一起转动，但是由于减速作用，低速侧末端齿轮在夹爪的一个开/合行程内旋转不超过一周，也就是说，通过减速齿轮组10 使得第二角度传感器12测量的角度信息局限在了一圈之内，因此第二磁编芯片122读取的角度信息在夹爪的开/合行程内不会出现重复，从而与夹爪手指 7的位置形成一一对应，通过它可以判定圈数信息，即判定电机轴2处于夹爪开/合行程中的第几圈，然后通过磁栅芯片912识别电机轴2在该圈内的具体角度，这样就实现了手指位置的精准控制。

为了避免传动轴6因扭转变形过大而破坏，本实施例设置了限位保护结构，如图3～图6所示，径向多极磁环921通过轴套11安装在传动轴6上，轴套11的端部具有由相对的两个限位凸块111形成的凹槽，电机轴2的轴端具有位于凹槽内的扁头21，扁头21在两个限位凸块111间的旋转行程为预设限位保护角α。由图5可见，当传动轴6无负载时，扁头21两侧对称，扁头21 与限位凸块111之间的间隙角为β，对比图4和图5可知，间隙角β的2倍即是预设限位保护角α，具体实际应用中，预设限位保护角α一般为1°～15°，例如5°或12°。

为了消除抱闸电机3的转动背隙以提高抓握力的准确度，本实施例中，联轴器5选用弹性联轴器。为了吸收抱闸电机3的轴向窜动，联轴器5优选膜片联轴器。

具体实际应用中，驱动电机1可以为无刷直流电机，传动机构一般为齿轮齿条机构，如图1所示，齿轮齿条机构的齿轮8直接安装在传动轴6的输出端，两个夹爪手指7分别安装在齿轮齿条机构的两个齿条上，这两个齿条以齿轮8 为中心对称布置，当齿轮8转动时，两个齿条相向运动或相背运动。因此，在本实施例中，动力传动链为：电机轴2→传动轴6→齿轮8→齿条→夹爪手指7。

当然，在其他实施例中，电机轴2还可以串联减速器(如行星减速器等) 减速后输出扭矩，再传递给传动轴6，此时，动力传动链为：电机轴2→减速器→传动轴6→齿轮8→齿条→夹爪手指7。相应地，抱闸电机3的锁紧扭矩可以施加在电机轴2输出端或者减速器轴输出端。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种电动夹爪，包括驱动电机(1)、抱闸电机(3)，以及与所述驱动电机(1)和所述抱闸电机(3)电连接的控制器，其特征在于，所述抱闸电机(3)的摩擦片与所述驱动电机(1)的电机轴(2)通过联轴器(5)连接，所述电机轴(2)为中空结构，所述电机轴(2)内穿设有传动轴(6)，所述传动轴(6)的输入端与所述电机轴(2)固定连接，输出端通过传动机构与夹爪手指(7)连接；

所述电动夹爪还包括与所述控制器电连接的第一角度传感器，所述第一角度传感器用于测量所述传动轴(6)的输出端相对所述电机轴(2)的旋转角度。

2.根据权利要求1所述的电动夹爪，其特征在于，所述第一角度传感器具体为配套使用的磁栅传感器(91)和磁编码器(92)，所述磁栅传感器(91)包括安装在所述电机轴(2)上的磁栅(911)和安装在所述驱动电机(1)的机壳上的磁栅芯片(912)，所述磁编码器(92)包括安装在所述传动轴(6)的输出端的径向多极磁环(921)和安装在所述机壳上的第一磁编芯片(922)。

3.根据权利要求2所述的电动夹爪，其特征在于，所述径向多极磁环(921)通过轴套(11)安装在所述传动轴(6)上，所述轴套(11)的端部具有由相对的两个限位凸块(111)形成的凹槽，所述电机轴(2)的轴端具有位于所述凹槽内的扁头(21)，所述扁头(21)在两个所述限位凸块(111)间的旋转行程为预设限位保护角。

4.根据权利要求3所述的电动夹爪，其特征在于，所述预设限位保护角为1°～15°。

5.根据权利要求1～4中任意一项所述的电动夹爪，其特征在于，所述电动夹爪还包括减速齿轮组(10)和与所述控制器电连接的第二角度传感器(12)，所述减速齿轮组(10)的高速侧始端齿轮安装在所述电机轴(2)上，而低速侧末端齿轮安装在所述驱动电机(1)的机壳上，所述末端齿轮在所述夹爪手指(7)的整个移动行程内的旋转行程小于一圈，所述第二角度传感器(12)用于测量所述末端齿轮相对所述机壳的旋转角度。

6.根据权利要求5所述的电动夹爪，其特征在于，所述第二角度传感器(12)包括安装在所述末端齿轮上的径向单极磁环(121)和安装在所述机壳上的第二磁编芯片(122)。

7.根据权利要求5所述的电动夹爪，其特征在于，所述联轴器(5)为弹性联轴器。

8.根据权利要求5所述的电动夹爪，其特征在于，所述联轴器(5)为膜片联轴器。

9.根据权利要求5所述的电动夹爪，其特征在于，所述驱动电机(1)为无刷直流电机。

10.根据权利要求5所述的电动夹爪，其特征在于，所述传动机构为齿轮齿条机构，所述齿轮齿条机构的齿轮(8)安装在所述传动轴(6)的输出端。

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