基于磁流變液的柔性夾持裝置及夾持方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于磁流變液的柔性夾持裝置及夾持方法，包括夾持底座和設(shè)置在夾持底座上的夾持臂，所述夾持臂上設(shè)置有用于夾持物體的夾持端，所述夾持端上設(shè)置有具有柔性夾持面的柔性夾持體，所述柔性夾持體內(nèi)設(shè)置有磁流變液，所述柔性夾持體上還設(shè)置有用于向磁流變液產(chǎn)生可變磁場的可變磁場發(fā)生器；本發(fā)明在夾持原理上完全不同于傳統(tǒng)的機械式的夾持方式，而是利用磁流變液的流變性可調(diào)性采用了改變界面摩擦系數(shù)的方式來實現(xiàn)對物體的夾持，這樣既能保證能夠穩(wěn)定有效的夾持和搬運物體，又能保證不會額外的增加夾持端的壓力輸出，從而保證整個夾持過程的無損進(jìn)行。
【專利說明】基于磁流變液的柔性夾持裝置及夾持方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于夾持裝置領(lǐng)域，具體涉及一種基于磁流變液的柔性夾持裝置及夾持方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在機器人工業(yè)中，使用的夾具和機械手來夾持一不規(guī)則外形的物體時，為了不損壞物體，需要降低接觸應(yīng)力、增大接觸面積、增加摩擦力。這就需要接觸表面具備一定的柔性。這樣可以防止夾傷被夾持物和提高夾持的穩(wěn)固度。目前采用的方法主要有使用彈性材料作為柔性外表面，或者使用真空吸附的夾持方法等。但是現(xiàn)有的方法存在以下缺點無法克服:(I)接觸剛度無法根據(jù)實際要求和被夾持物的剛度做任意的調(diào)節(jié)，因而限制了其使用范圍；(2)現(xiàn)有技術(shù)都是使用表面材料彈性變形來達(dá)到模擬被夾持物外形的目的。由于被夾持物外表面所受壓力并不均衡，因此可能出現(xiàn)夾壞被夾持物和夾持不穩(wěn)的現(xiàn)象；(3)現(xiàn)有技術(shù)使用的柔順表面的變形都是受擠壓作用產(chǎn)生的，在到達(dá)適應(yīng)所夾持物體表面外形的變形后，如果受到外力干擾仍會改變形狀，不能非常穩(wěn)固地固定被夾持物(4)在目前的工業(yè)生產(chǎn)中，現(xiàn)有夾持技術(shù)中機械夾持的方法存在夾持力度可調(diào)度低，常常出現(xiàn)工件損壞或夾持不穩(wěn)的問題；(5)真空吸附式的夾持方式則由于其成本過高，不適用于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)。綜上所述，目前還缺少一種經(jīng)濟、便捷、可應(yīng)用于高精度無損工程作業(yè)的柔性夾持技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種基于磁流變液的柔性夾持裝置及夾持方法，利用磁流變材料在磁場作用下的磁流變效應(yīng)，在不改變施加在被夾持物表面上壓力的情形下，通過改變夾持界面摩擦系數(shù)的方法來提高夾持能力，可實現(xiàn)低成本的無損夾持。
[0004]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0005]一種基于磁流變液的柔性夾持裝置，包括夾持底座和設(shè)置在夾持底座上的夾持臂，所述夾持臂上設(shè)置有夾持端，所述夾持端上設(shè)置有具有柔性夾持面的柔性夾持體，所述柔性夾持體內(nèi)設(shè)置有磁流變液，所述柔性夾持體上還設(shè)置有用于向磁流變液產(chǎn)生可變磁場的可變磁場發(fā)生器；
[0006]進(jìn)一步，所述柔性夾持體上設(shè)置有密封腔，所述柔性夾持體上設(shè)置有用于形成密封腔以及包裹被夾持物的密封薄膜，所述磁流變液設(shè)置在密封腔內(nèi)；
[0007]進(jìn)一步，所述可變磁場發(fā)生器包括纏繞在柔性夾持體外部的電磁線圈和線圈電源；
[0008]進(jìn)一步，所述夾持底座上設(shè)置有距離可調(diào)的兩條夾持臂，所述兩條夾持臂上均設(shè)置有柔性夾持體；
[0009]進(jìn)一步，所述夾持底座上用于調(diào)整兩條夾持臂之間距離的調(diào)整機構(gòu)，所述調(diào)整機構(gòu)包括步進(jìn)電機和絲杠機構(gòu)；[0010]進(jìn)一步，所述柔性夾持體內(nèi)還設(shè)置有用于監(jiān)控柔性夾持體與被夾持物之間壓力的壓力傳感器；
[0011]另外，本發(fā)明還提供了一種利用本發(fā)明的磁流變液的柔性夾持裝置進(jìn)行夾持的方法:其包括以下步驟:
[0012]第一步:對步進(jìn)電機發(fā)出指令控制，控制兩個夾持臂分開，保證其分開的空間尺寸大于被夾持物尺寸；
[0013]第二步:調(diào)整柔性夾持裝置的位置，使夾持臂置于被夾持物兩旁；
[0014]第三步:預(yù)設(shè)一警戒壓力值，確保其小于被夾持物所能承受的最大壓力；
[0015]第四步:對步進(jìn)電機發(fā)出控制指令，控制兩個夾持臂靠攏，直至夾持端的密封薄膜與被夾持物發(fā)生接觸，在此過程中，利用壓力傳感器實時監(jiān)控夾持端的壓力輸出，確保其小于預(yù)設(shè)的警戒壓力值，一旦壓力輸出大于警戒壓力值時則給步進(jìn)電機發(fā)送分開夾持臂的指令；
[0016]第五步:在密封薄膜與被夾持物接觸之后，停止步進(jìn)電機的移動；
[0017]第六步:線圈電源給電磁線圈提供電流，產(chǎn)生磁場，磁流變液在磁場作用下發(fā)生物態(tài)變化，被夾持物界面處摩擦系數(shù)增加，完成對被夾持物的無損夾緊；
[0018]第七步:移動整個夾持裝置，實現(xiàn)對被夾持物的搬運。
[0019]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明在夾持原理上完全不同于傳統(tǒng)的機械式的夾持方式，而是利用磁流變液的流變性可調(diào)性采用了改變界面摩擦系數(shù)的方式來實現(xiàn)對物體的夾持，這樣既能保證能夠穩(wěn)定有效的夾持和搬運物體，又能保證不會額外的增加夾持端的壓力輸出，從而保證整個夾持過程的無損進(jìn)行。
[0020]本發(fā)明的其他優(yōu)點、目標(biāo)和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進(jìn)行闡述，并且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發(fā)明的實踐中得到教導(dǎo)。本發(fā)明的目標(biāo)和其他優(yōu)點可以通過下面的說明書來實現(xiàn)和獲得。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，其中:
[0022]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2為本發(fā)明夾持臂的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0024]以下將參照附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。應(yīng)當(dāng)理解，優(yōu)選實施例僅為了說明本發(fā)明，而不是為了限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0025]如圖所示，一種基于磁流變液的柔性夾持裝置，包括夾持底座3和設(shè)置在夾持底座上的夾持臂1，所述夾持臂上設(shè)置有用于夾持被夾持物4的夾持端，所述夾持端上設(shè)置有具有柔性夾持面的柔性夾持體，所述柔性夾持體內(nèi)設(shè)置有磁流變液8，所述柔性夾持體上還設(shè)置有用于向磁流變液產(chǎn)生可變磁場的可變磁場發(fā)生器。
[0026]本實施例中，采用不同于傳統(tǒng)的機械式的夾持方式，而是利用磁流變液的流變性可調(diào)性采用了改變界面摩擦系數(shù)的方式來實現(xiàn)對物體的夾持，這樣既能保證能夠穩(wěn)定有效的夾持和搬運物體，又能保證不會額外的增加夾持端的壓力輸出，從而保證整個夾持過程的無損進(jìn)行。
[0027]本實施例中，所述柔性夾持體上設(shè)置有密封腔，所述柔性夾持體上設(shè)置有用于形成密封腔以及包裹被夾持物的密封薄膜5，所述磁流變液設(shè)置在密封腔內(nèi)；本實施例的柔性夾持體結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠，當(dāng)然在不同的實施例中還可以采用其他柔性夾持體，例如在夾持端上設(shè)置裝滿磁流變液的夾持袋等。
[0028]本實施例中，所述可變磁場發(fā)生器包括纏繞在柔性夾持體外部的電磁線圈和線圈電源，本實施例的結(jié)構(gòu)簡單可靠，當(dāng)然在不同的實施例還可以采用類似的其他可變磁場發(fā)生器。
[0029]本實施例中，所述夾持底座上設(shè)置有距離可調(diào)的兩條夾持臂，所述兩條夾持臂上均設(shè)置有柔性夾持體，所述夾持底座上用于調(diào)整兩條夾持臂之間距離的調(diào)整機構(gòu)2，所述調(diào)整機構(gòu)包括步進(jìn)電機和絲杠機構(gòu)，另外本實施的夾持臂與夾持底座之間還設(shè)置有導(dǎo)向滑輪6;最后，本實施例的柔性夾持體內(nèi)還設(shè)置有用于監(jiān)控柔性夾持體與被夾持物之間壓力的壓力傳感器7。
[0030]利用本實施例的柔性夾持裝置進(jìn)行夾持的方法:其包括以下步驟:
[0031]第一步:對步進(jìn)電機發(fā)出指令控制，控制兩個夾持臂分開，保證其分開的空間尺寸大于被夾持物尺寸；
[0032]第二步:調(diào)整柔性夾持裝置的位置，使夾持臂置于被夾持物兩旁；
[0033]第三步:預(yù)設(shè)一警戒壓力值，確保其小于被夾持物所能承受的最大壓力；
[0034]第四步:對步進(jìn)電機發(fā)出控制指令，控制兩個夾持臂靠攏，直至夾持端的密封薄膜與被夾持物發(fā)生接觸，在此過程中，利用壓力傳感器實時監(jiān)控夾持端的壓力輸出，確保其小于預(yù)設(shè)的警戒壓力值，一旦壓力輸出大于警戒壓力值時則給步進(jìn)電機發(fā)送分開夾持臂的指令；
[0035]第五步:在密封薄膜與被夾持物接觸之后，停止步進(jìn)電機的移動；
[0036]第六步:線圈電源給電磁線圈提供電流，產(chǎn)生磁場，磁流變液在磁場作用下發(fā)生物態(tài)變化，被夾持物界面處摩擦系數(shù)增加，完成對被夾持物的無損夾緊；
[0037]第七步:移動整個夾持裝置，實現(xiàn)對被夾持物的搬運。
[0038]最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.一種基于磁流變液的柔性夾持裝置，包括夾持底座和設(shè)置在夾持底座上的夾持臂，所述夾持臂上設(shè)置有夾持端，其特征在于:所述夾持端上設(shè)置有具有柔性夾持面的柔性夾持體，所述柔性夾持體內(nèi)設(shè)置有磁流變液，所述柔性夾持體上還設(shè)置有用于向磁流變液產(chǎn)生可變磁場的可變磁場發(fā)生器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于磁流變液的柔性夾持裝置，其特征在于:所述柔性夾持體上設(shè)置有密封腔，所述柔性夾持體上設(shè)置有用于形成密封腔以及包裹被夾持物的密封薄膜，所述磁流變液設(shè)置在密封腔內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁流變液的柔性夾持裝置，其特征在于:所述可變磁場發(fā)生器包括纏繞在柔性夾持體外部的電磁線圈和線圈電源。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁流變液的柔性夾持裝置，其特征在于:所述夾持底座上設(shè)置有距離可調(diào)的兩條夾持臂，所述兩條夾持臂上均設(shè)置有柔性夾持體。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的磁流變液的柔性夾持裝置，其特征在于:所述夾持底座上用于調(diào)整兩條夾持臂之間距離的調(diào)整機構(gòu)，所述調(diào)整機構(gòu)包括步進(jìn)電機和絲杠機構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的磁流變液的柔性夾持裝置，其特征在于:所述柔性夾持體內(nèi)還設(shè)置有用于監(jiān)控柔性夾持體與被夾持物之間壓力的壓力傳感器。
7.利用權(quán)利要求6所述的磁流變液的柔性夾持裝置進(jìn)行夾持的方法，其特征在于:包括以下步驟: 第一步:對步進(jìn)電機發(fā)出指令控制，控制兩個夾持臂分開，保證其分開的空間尺寸大于被夾持物尺寸； 第二步:調(diào)整柔性夾持裝置的位置，使夾持臂置于被夾持物兩旁； 第三步:預(yù)設(shè)一警戒壓力值，確保其小于被夾持物所能承受的最大壓力； 第四步:對步進(jìn)電機發(fā)出控制指令，控制兩個夾持臂靠攏，直至夾持端的密封薄膜與被夾持物發(fā)生接觸，在此過程中，利用壓力傳感器實時監(jiān)控夾持端的壓力輸出，確保其小于預(yù)設(shè)的警戒壓力值，一旦壓力輸出大于警戒壓力值時則給步進(jìn)電機發(fā)送分開夾持臂的指令； 第五步:在密封薄膜與被夾持物接觸之后，停止步進(jìn)電機的移動； 第六步:線圈電源給電磁線圈提供電流，產(chǎn)生磁場，磁流變液在磁場作用下發(fā)生物態(tài)變化，被夾持物界面處摩擦系數(shù)增加，完成對被夾持物的無損夾緊； 第七步:移動整個夾持裝置，實現(xiàn)對被夾持物的搬運。
【文檔編號】B25J19/00GK103831837SQ201410111083
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年3月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月24日
【發(fā)明者】朱曉強, 何國田, 吳姣嬌, 徐澤宇, 林遠(yuǎn)長, 陳希, 何驥鳴, 趙健, 劉永福, 谷明信 申請人:中國科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院