一種應用磁力架原理的磁性機械手的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型是涉及屬于機器人技術領域，尤其涉及一種應用磁力架原理的磁性機械手，可應用于多種機器人，如攀爬機器人，工業抓取機器人等。
【背景技術】
[0002]在機器自動化技術如此發達的今天，通過機器人來完成人類難以完成的任務已經變得很普遍，機器人已經被廣泛地應用到軍用及民用工業生產，建筑制造，探測維修，搶險救災等各個領域。機械手是最早出現的工業機器人，也是最早出現的現代機器人，它可代替人的繁重勞動以實現生產的機械化和自動化，能在有害環境下操作以保護人身安全，因而廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。
[0003]在現代生產過程中，機械手被廣泛的運用于自動生產線中，機械人的研制和生產已成為高技術鄰域內，迅速發展起來的一門新興的技術，它更加促進了機械手的發展，使得機械手能更好地實現與機械化和自動化的有機結合，現有的機械手往往存在結構復雜、笨重等缺陷。
【實用新型內容】
[0004]針對上述技術問題，本實用新型提供了一種應用磁力架原理的機械手，本實用新型即可應用于攀爬機器人，也可應用于工廠流水線上用來實現抓取和搬運功能的機器人，利用磁性產生的吸附力比較均勻，減少出現受力不均勻的情況，不僅如此，通過舵機的旋轉角度還可以很好地控制磁性的大小，進而影響機械手對目標物體的抓取力度，從而可以實現最大效率地對不同重量的重物的抓取。
[0005]本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是:
[0006]—種應用磁力架原理的磁性機械手，包括一具有封閉內腔的主機架，所述主機架內水平設置有一軟磁材料制成的空心圓柱筒，所述空心圓柱筒內設置有繞空心圓柱筒軸線旋轉的條形永磁體，永磁體與空心圓柱筒的內孔表面之間采用間隙較小的間隙配合，保證永磁體可以在圓柱孔內部進行流暢的轉動。所述空心圓柱筒的一端設置有分別與所述永磁體和舵機輸出軸剛性連接的旋轉開關，所述主機架內還豎直設置有將主機架均分有左右兩部分的黃銅條，所述主機架的內腔中填充有軟磁材料。
[0007]本方案通過控制舵機旋轉永磁體使主機架內的軟磁材料磁化使主機架底面產生強磁來吸附可被磁力吸附的物體，同時可以通過旋轉永磁體使軟磁材料消磁，就可以很容易地將物體從主機架底面取下來了，結構簡單操作簡便。
[0008]進一步地，所述主機架兩側還對稱地鉸接有旋轉手臂，所述旋轉手臂的尾端通過兩個相互垂直的彈簧與所述主機架相連接，當吸附體積比較大的目標物體時，旋轉手臂可以通過對彈簧的擠壓產生一個夾緊力，從而配合磁力，實現更加穩定的夾持。
[0009]進一步地，所述主機架的材料為鑄鐵，成本低，易加工，導磁性好。
[0010 ]進一步地，所述軟磁材料為易磁化也易退磁的鐵氧體材料。
[0011]相比現有技術，本實用新型的突出效果是:結構簡單容易實現，造型輕巧容易實現大批量生產，而且可以通過搭配不同的機器人實現其不同的功能，還能根據需要去設計不同的尺寸應用在不同的場合。通過磁力去抓取磁性金屬的方式，可靠性高，而且易于控制，通過舵機和簡單的控制電路就可以實現對永磁鐵轉動角度的精準控制，從而控制磁力的大小。若是想實現在不同范圍內的磁力變化，可以通過更改不同材質的磁鐵去實現。
【附圖說明】
[0012]圖1為本實用新型實施例的機械手三維示意圖。
[0013]圖2為本實用新型實施例的機械手剖面示意圖。
[0014]圖3為本實用新型實施例的機械手吸附物體時的內部工作原理示意圖。
[0015]圖4為本實用新型實施例的機械手抓取小物體時的工作示意圖。
[0016]圖5為本實用新型實施例的機械手抓取大物體時的工作示意圖。
[0017]圖6為本實用新型實施例的機械手連接舵機和豎直軸的三維示意圖。
[0018]圖中所述為:1-主機架;2-旋轉開關;3-彈簧;4-旋轉手臂;5-底面;6_黃銅塊;7_永磁體;8-舵機;9-豎直軸;I O-物體。
【具體實施方式】
[0019]下面通過具體實施例對本實用新型的目的作進一步詳細地描述，實施例不能在此一一贅述，但本實用新型的實施方式并不因此限定于以下實施例。
[°02°]如圖1和圖2所不，一種應用磁力架原理的磁性機械手，包括一具有封閉內腔的主機架I，所述主機架I的材料為鑄鐵，成本低，易加工，導磁性好，所述主機架I內水平設置有一軟磁材料制成的空心圓柱筒，所述空心圓柱筒內設置有繞空心圓柱筒軸線旋轉的條形永磁體7，永磁體與空心圓柱筒的內孔表面之間采用間隙較小的間隙配合，保證永磁體可以在圓柱孔內部進行流暢的轉動。所述空心圓柱筒的一端設置有分別與所述永磁體7和舵機8輸出軸剛性連接的旋轉開關2，所述主機架I內還豎直設置有將主機架I均分有左右兩部分的黃銅條6，所述主機架I的內腔中填充有軟磁材料，所述軟磁材料為易磁化也易退磁的鐵氧體材料。
[0021 ]本方案通過控制舵機旋轉永磁體使主機架I內的軟磁材料磁化使主機架底面5產生強磁來吸附可被磁力吸附的物體，同時可以通過旋轉永磁體使軟磁材料消磁，就可以很容易地將物體從主機架I底面取下來了，結構簡單操作簡便。
[0022]所述主機架I兩側還對稱地鉸接有旋轉手臂4，所述旋轉手臂4的尾端通過兩個相互垂直的彈簧與所述主機架I相連接，當吸附體積比較大的目標物體時，旋轉手臂可以通過對彈簧的擠壓產生一個夾緊力，從而配合磁力，實現更加穩定的夾持。
[0023]如圖2所示，主機架I內部的上下各有一塊黃銅塊6，主機架I內部的主要材料是一種軟磁材料，軟磁材料是指在較弱的磁場下，易磁化也易退磁的一種鐵氧體材料，由于黃銅塊是不導磁的金屬，所以黃銅塊可以把主機架I分為左右兩個單獨的區域，磁導線無法形成閉合的回路，所以當永磁體7豎直放置時，底面5基本無磁性。通過轉動旋轉開關，來轉動里面的永磁體7，當永磁體7的兩極處于水平方向時，主機架I兩邊的軟磁材料就被磁化了，這時底面5產生強磁，能夠用于吸住鋼鐵表面。而當永磁體7保持豎直狀態時(長條形磁鐵的正中間只有極小的磁性，可以不計)，軟磁材料不會被磁化，所以此時底面5上幾乎沒有磁力，可以很容易地將鋼鐵取下來了。
[0024]圖3為機械手在吸附物體時內部工作原理圖，主機架I內部的永磁體7旋轉后，可使主機架I的底面5產生磁性吸附目標物體，底面5吸附住金屬工件或攀爬桿件后，其內部的磁場如圖3所示的黑色箭頭一樣，從N極出發，經過目標物體，最終回到S極，正是因為其磁場線的閉合保證了裝置的穩定抓取，同時由有效磁通量公式可知，通過旋轉開關2調節磁場角度值從而控制磁場強度的大小即可實現對輸出磁場力大小的控制，使機械手夾持更具針對性，高效節能。因為圖3所示的抓取到的目標物橫向長度較小，所以并未用到旋轉手臂4的夾持。
[0025]圖4為機械手在吸附較大體積物體時的示意圖，當目標物體體積較大時，考慮到在吸附體積較大物體時的平衡以及穩定性問題，兩個與彈簧3相連的旋轉手臂4就能夠起到額外的夾持作用，在進行夾持時兩個旋轉手臂4產生的加持力為圖4中的FjPF2,而底面5產生的磁力載荷的等效力為F3,由于夾持的物體受到三個力，受力平衡，能夠保持比較穩定的狀態，為機器人的下一步動作提供了保障。
[0026]圖5為機械手吸附大面積平板狀目標物時的示意圖，在吸附較大的平面狀物體時，比方說金屬墻面，汽車底盤鋼板等，此時可以將旋轉手臂4翻轉一定角度，使其不會干涉到吸附的平板，機械手的底面5與平板能夠保證較好的磁性連接，故此處并不需要旋轉手臂4的夾持作用就能夠保證較好的吸附穩定性。
[0027]圖6為磁性機械手連接舵機和豎直軸的三維示意圖，包括舵機8、連接主機架I的豎直軸9、被夾持的物體10。舵機8的主要作用是帶動旋轉開關2轉動，從而使機械手底面5產生磁性，吸附目標物，而豎直軸9與機械手剛性連接，豎直軸9可以在Z軸方向上進行上下移動，若是需要實現水平方向上X軸和Y軸的移動可以在豎直軸9上再擴展連接能夠實現水平面上移動的導軌裝置。
[0028]本方面原理簡單，操作方便可靠，可以實現對目標物體的抓取和釋放，應用性較強。相比于氣壓驅動式的機械手，該機械手原理簡單，而且省去了笨重的氣缸、氣閥、氣罐和空壓機等裝置，裝置迷你輕巧，適合大批量生產，具有較高的可行性，而且利用磁性能夠對大部分金屬實現很好的吸附效果。
[0029]本實用新型的上述實施例僅僅是為清楚地說明本實用新型所作的舉例，而并非是對本實用新型的實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型權利要求的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種應用磁力架原理的磁性機械手，其特征在于:包括一具有封閉內腔的主機架(I)，所述主機架(I)內水平設置有一軟磁材料制成的空心圓柱筒，所述空心圓柱筒內設置有繞空心圓柱筒軸線旋轉的條形永磁體(7)，所述空心圓柱筒的一端設置有分別與所述永磁體(7)和舵機(8)輸出軸剛性連接的旋轉開關(2)，所述主機架(I)內還豎直設置有將主機架(I)均分有左右兩部分的黃銅條(6)，所述主機架(I)的內腔中填充有軟磁材料。2.根據權利要求1所述的應用磁力架原理的磁性機械手，其特征在于:所述主機架(I)兩側還對稱地鉸接有旋轉手臂(4)，所述旋轉手臂(4)的尾端通過兩個相互垂直的彈簧(3)與所述主機架(I)相連接。3.根據權利要求1所述的應用磁力架原理的磁性機械手，其特征在于:所述主機架(I)的材料為鑄鐵。4.根據權利要求1所述的應用磁力架原理的磁性機械手，其特征在于:所述軟磁材料為易磁化也易退磁的鐵氧體材料。
【專利摘要】本實用新型公開了一種應用磁力架原理的磁性機械手，包括一具有封閉內腔的主機架，所述主機架內水平設置有一軟磁材料制成的空心圓柱筒，所述空心圓柱筒內設置有繞空心圓柱筒軸線旋轉的條形永磁體，空心圓柱筒的一端設置有分別與所述永磁體和舵機輸出軸剛性連接的旋轉開關，所述主機架內還豎直設置有將主機架均分有左右兩部分的黃銅條，所述主機架的內腔中填充有軟磁材料。本實用新型通過旋轉永磁體控制磁性的有無，進而實現對目標物體的抓取或釋放，利用軟磁性材料的易磁化和退磁快的特性，實現對目標物體抓取和釋放的功能，制作簡單方便，可行性較強。
【IPC分類】B25J15/06, B25J15/08
【公開號】CN205325708
【申請號】CN201521140831
【發明人】周安泰, 李琳, 王家燊, 陳彥霖, 葛憲東
【申請人】華南理工大學
【公開日】2016年6月22日
【申請日】2015年12月30日