一种应用磁力架原理的磁性机械手的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明是涉及属于机器人技术领域，尤其涉及一种应用磁力架原理的磁性机械手，可应用于多种机器人，如攀爬机器人，工业抓取机器人等。
【背景技术】
[0002]在机器自动化技术如此发达的今天，通过机器人来完成人类难以完成的任务已经变得很普遍，机器人已经被广泛地应用到军用及民用工业生产，建筑制造，探测维修，抢险救灾等各个领域。机械手是最早出现的工业机器人，也是最早出现的现代机器人，它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。
[0003]在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线中，机械人的研制和生产已成为高技术邻域内，迅速发展起来的一门新兴的技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合，现有的机械手往往存在结构复杂、笨重等缺陷。
【发明内容】
[0004]针对上述技术问题，本发明提供了一种应用磁力架原理的机械手，本发明即可应用于攀爬机器人，也可应用于工厂流水线上用来实现抓取和搬运功能的机器人，利用磁性产生的吸附力比较均匀，减少出现受力不均匀的情况，不仅如此，通过舵机的旋转角度还可以很好地控制磁性的大小，进而影响机械手对目标物体的抓取力度，从而可以实现最大效率地对不同重量的重物的抓取。
[0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0006]—种应用磁力架原理的磁性机械手，包括一具有封闭内腔的主机架，所述主机架内水平设置有一软磁材料制成的空心圆柱筒，所述空心圆柱筒内设置有绕空心圆柱筒轴线旋转的条形永磁体，永磁体与空心圆柱筒的内孔表面之间采用间隙较小的间隙配合，保证永磁体可以在圆柱孔内部进行流畅的转动。所述空心圆柱筒的一端设置有分别与所述永磁体和舵机输出轴刚性连接的旋转开关，所述主机架内还竖直设置有将主机架均分有左右两部分的黄铜条，所述主机架的内腔中填充有软磁材料。
[0007]本方案通过控制舵机旋转永磁体使主机架内的软磁材料磁化使主机架底面产生强磁来吸附可被磁力吸附的物体，同时可以通过旋转永磁体使软磁材料消磁，就可以很容易地将物体从主机架底面取下来了，结构简单操作简便。
[0008]进一步地，所述主机架两侧还对称地铰接有旋转手臂，所述旋转手臂的尾端通过两个相互垂直的弹簧与所述主机架相连接，当吸附体积比较大的目标物体时，旋转手臂可以通过对弹簧的挤压产生一个夹紧力，从而配合磁力，实现更加稳定的夹持。
[0009]进一步地，所述主机架的材料为铸铁，成本低，易加工，导磁性好。
[0010 ]进一步地，所述软磁材料为易磁化也易退磁的铁氧体材料。
[0011]相比现有技术，本发明的突出效果是:结构简单容易实现，造型轻巧容易实现大批量生产，而且可以通过搭配不同的机器人实现其不同的功能，还能根据需要去设计不同的尺寸应用在不同的场合。通过磁力去抓取磁性金属的方式，可靠性高，而且易于控制，通过舵机和简单的控制电路就可以实现对永磁铁转动角度的精准控制，从而控制磁力的大小。若是想实现在不同范围内的磁力变化，可以通过更改不同材质的磁铁去实现。
【附图说明】
[0012]图1为本发明实施例的机械手三维示意图。
[0013]图2为本发明实施例的机械手剖面示意图。
[0014]图3为本发明实施例的机械手吸附物体时的内部工作原理示意图。
[0015]图4为本发明实施例的机械手抓取小物体时的工作示意图。
[0016]图5为本发明实施例的机械手抓取大物体时的工作示意图。
[0017]图6为本发明实施例的机械手连接舵机和竖直轴的三维示意图。
[0018]图中所述为:1-主机架;2-旋转开关;3-弹簧;4-旋转手臂;5-底面;6_黄铜块;7_永磁体;8-舵机;9-竖直轴;10-物体。
【具体实施方式】
[0019]下面通过具体实施例对本发明的目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。
[°02°]如图1和图2所不，一种应用磁力架原理的磁性机械手，包括一具有封闭内腔的主机架1，所述主机架1的材料为铸铁，成本低，易加工，导磁性好，所述主机架1内水平设置有一软磁材料制成的空心圆柱筒，所述空心圆柱筒内设置有绕空心圆柱筒轴线旋转的条形永磁体7，永磁体与空心圆柱筒的内孔表面之间采用间隙较小的间隙配合，保证永磁体可以在圆柱孔内部进行流畅的转动。所述空心圆柱筒的一端设置有分别与所述永磁体7和舵机8输出轴刚性连接的旋转开关2，所述主机架1内还竖直设置有将主机架1均分有左右两部分的黄铜条6，所述主机架1的内腔中填充有软磁材料，所述软磁材料为易磁化也易退磁的铁氧体材料。
[0021 ]本方案通过控制舵机旋转永磁体使主机架1内的软磁材料磁化使主机架底面5产生强磁来吸附可被磁力吸附的物体，同时可以通过旋转永磁体使软磁材料消磁，就可以很容易地将物体从主机架1底面取下来了，结构简单操作简便。
[0022]所述主机架1两侧还对称地铰接有旋转手臂4，所述旋转手臂4的尾端通过两个相互垂直的弹簧与所述主机架1相连接，当吸附体积比较大的目标物体时，旋转手臂可以通过对弹簧的挤压产生一个夹紧力，从而配合磁力，实现更加稳定的夹持。
[0023]如图2所示，主机架1内部的上下各有一块黄铜块6，主机架1内部的主要材料是一种软磁材料，软磁材料是指在较弱的磁场下，易磁化也易退磁的一种铁氧体材料，由于黄铜块是不导磁的金属，所以黄铜块可以把主机架1分为左右两个单独的区域，磁导线无法形成闭合的回路，所以当永磁体7竖直放置时，底面5基本无磁性。通过转动旋转开关，来转动里面的永磁体7，当永磁体7的两极处于水平方向时，主机架1两边的软磁材料就被磁化了，这时底面5产生强磁，能够用于吸住钢铁表面。而当永磁体7保持竖直状态时(长条形磁铁的正中间只有极小的磁性，可以不计)，软磁材料不会被磁化，所以此时底面5上几乎没有磁力，可以很容易地将钢铁取下来了。
[0024]图3为机械手在吸附物体时内部工作原理图，主机架1内部的永磁体7旋转后，可使主机架7的底面5产生磁性吸附目标物体，底面5吸附住金属工件或攀爬杆件后，其内部的磁场如图3所示的黑色箭头一样，从N极出发，经过目标物体，最终回到S极，正是因为其磁场线的闭合保证了装置的稳定抓取，同时由有效磁通量公式可知，通过旋转开关2调节磁场角度值从而控制磁场强度的大小即可实现对输出磁场力大小的控制，使机械手夹持更具针对性，高效节能。因为图3所示的抓取到的目标物横向长度较小，所以并未用到旋转手臂4的夹持。
[0025]图4为机械手在吸附较大体积物体时的示意图，当目标物体体积较大时，考虑到在吸附体积较大物体时的平衡以及稳定性问题，两个与弹簧3相连的旋转手臂4就能够起到额外的夹持作用，在进行夹持时两个旋转手臂4产生的加持力为图4中的FjPF2，而底面5产生的磁力载荷的等效力为F3，由于夹持的物体受到三个力，受力平衡，能够保持比较稳定的状态，为机器人的下一步动作提供了保障。
[0026]图5为机械手吸附大面积平板状目标物时的示意图，在吸附较大的平面状物体时，比方说金属墙面，汽车底盘钢板等，此时可以将旋转手臂4翻转一定角度，使其不会干涉到吸附的平板，机械手的底面5与平板能够保证较好的磁性连接，故此处并不需要旋转手臂4的夹持作用就能够保证较好的吸附稳定性。
[0027]图6为磁性机械手连接舵机和竖直轴的三维示意图，包括舵机8、连接主机架1的竖直轴9、被夹持的物体10。舵机8的主要作用是带动旋转开关2转动，从而使机械手底面5产生磁性，吸附目标物，而竖直轴9与机械手刚性连接，竖直轴9可以在Z轴方向上进行上下移动，若是需要实现水平方向上X轴和Y轴的移动可以在竖直轴9上再扩展连接能够实现水平面上移动的导轨装置。
[0028]本方面原理简单，操作方便可靠，可以实现对目标物体的抓取和释放，应用性较强。相比于气压驱动式的机械手，该机械手原理简单，而且省去了笨重的气缸、气阀、气罐和空压机等装置，装置迷你轻巧，适合大批量生产，具有较高的可行性，而且利用磁性能够对大部分金属实现很好的吸附效果。
[0029]本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
【主权项】
1.一种应用磁力架原理的磁性机械手，其特征在于:包括一具有封闭内腔的主机架(1)，所述主机架(1)内水平设置有一软磁材料制成的空心圆柱筒，所述空心圆柱筒内设置有绕空心圆柱筒轴线旋转的条形永磁体(7)，所述空心圆柱筒的一端设置有分别与所述永磁体(7)和舵机(8)输出轴刚性连接的旋转开关(2)，所述主机架(1)内还竖直设置有将主机架(1)均分有左右两部分的黄铜条(6)，所述主机架(1)的内腔中填充有软磁材料。2.根据权利要求1所述的应用磁力架原理的磁性机械手，其特征在于:所述主机架(1)两侧还对称地铰接有旋转手臂(4)，所述旋转手臂(4)的尾端通过两个相互垂直的弹簧(3)与所述主机架(1)相连接。3.根据权利要求1所述的应用磁力架原理的磁性机械手，其特征在于:所述主机架(1)的材料为铸铁。4.根据权利要求1所述的应用磁力架原理的磁性机械手，其特征在于:所述软磁材料为易磁化也易退磁的铁氧体材料。
【专利摘要】本发明公开了一种应用磁力架原理的磁性机械手，包括一具有封闭内腔的主机架，所述主机架内水平设置有一软磁材料制成的空心圆柱筒，所述空心圆柱筒内设置有绕空心圆柱筒轴线旋转的条形永磁体，空心圆柱筒的一端设置有分别与所述永磁体和舵机输出轴刚性连接的旋转开关，所述主机架内还竖直设置有将主机架均分有左右两部分的黄铜条，所述主机架的内腔中填充有软磁材料。本发明通过旋转永磁体控制磁性的有无，进而实现对目标物体的抓取或释放，利用软磁性材料的易磁化和退磁快的特性，实现对目标物体抓取和释放的功能，制作简单方便，可行性较强。
【IPC分类】B25J15/06, B25J15/08
【公开号】CN105459141
【申请号】CN201511031623
【发明人】葛宪东, 李琳, 周安泰, 王家燊, 陈彦霖
【申请人】华南理工大学
【公开日】2016年4月6日
【申请日】2015年12月30日