本實(shí)用新型屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種夾取力可調(diào)的電磁式機(jī)械手爪。

背景技術(shù)：

目前，隨著工業(yè)自動化的不斷發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人行業(yè)正在飛速前進(jìn)。機(jī)械手的本體日趨完善，但用于不同用途的機(jī)械手末端執(zhí)行器需要進(jìn)一步開發(fā)。現(xiàn)有的機(jī)械手爪大多存在以下問題：動力多為氣動，噪聲大，且需要攜帶氣泵，結(jié)構(gòu)繁瑣；手爪夾取物體的力不好控制，抓取不同重力和不同表面摩擦系數(shù)的物體所需要的夾取力是不一樣的，用力過小容易使物體滑落，用力過大易導(dǎo)致物體形變，造成傷害物體本體和資源浪費(fèi)。

申請?zhí)枮?01510092211.7的專利申請公開了一種電磁關(guān)節(jié)機(jī)械手，包括機(jī)械手掌、機(jī)械手指、機(jī)械手臂和電磁柔性關(guān)節(jié)。所述手臂的一端與機(jī)架固定，手臂的另一端通過電磁柔性關(guān)節(jié)與手掌連接，手掌通過電磁柔性關(guān)節(jié)與手指連接，手指的每個(gè)關(guān)節(jié)都為電磁柔性關(guān)節(jié)。所述電磁柔性關(guān)節(jié)包括下板、伸縮柱和上板，下板通過三跟伸縮柱與上板連接，三根伸縮柱的軸線均與上板、下板周向的0°、120°、240°位置固定。所述伸縮柱包括電磁鐵、永磁鐵、限位環(huán)、柔性筒和頂桿。所述柔性筒底部與下板固定，柔性筒內(nèi)腔自下到上依次設(shè)有電磁鐵、永磁鐵和頂桿。所述電磁鐵固定在柔性筒底部。所述永磁鐵以柔性筒內(nèi)腔為導(dǎo)軌，永磁鐵頂部與頂桿底部固定，頂桿頂部與上板連接。上述電磁關(guān)節(jié)機(jī)械手通過電磁柔性關(guān)節(jié)對物體進(jìn)行抓取，可根據(jù)被抓物的大小進(jìn)行微調(diào)，但是其抓取物體時(shí)的抓取力不易控制，容易用力過大。

由此可見，現(xiàn)有技術(shù)有待于進(jìn)一步的改進(jìn)和提高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型為避免上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，提供了一種夾取力可自動調(diào)節(jié)的電磁式機(jī)械手爪，以解決現(xiàn)有的氣動手爪需要攜帶氣泵，抓取力不好控制，效率低，成本高的問題。

本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案為：

一種夾取力可調(diào)的電磁式機(jī)械手爪，包括左手爪、右手爪、左側(cè)永磁鐵、右側(cè)永磁鐵、電磁鐵、單片機(jī)及用于為電磁鐵供電的電磁鐵供電線路，所述左手爪和右手爪彼此相連、結(jié)構(gòu)相同且左右對稱，左側(cè)永磁鐵設(shè)置在左手爪的下方，右側(cè)永磁鐵設(shè)置在右手爪的下方，電磁鐵設(shè)置在左、右側(cè)永磁鐵的中間，單片機(jī)與電磁鐵供電線路相連，電磁鐵供電線路上的電流大小可調(diào)。

所述電磁鐵供電線路上設(shè)置有可編程電阻器，可編程電阻器與單片機(jī)相連，單片機(jī)通過控制可編程電阻器的觸點(diǎn)位置改變供電線路上的電流大小。

所述電磁式機(jī)械手爪還包括夾取力測試機(jī)構(gòu)，夾取力測試機(jī)構(gòu)有兩套，其中一套設(shè)置在左手爪上，另一套設(shè)置在右手爪上，各套夾取力測試機(jī)構(gòu)均包括壓力傳感器、滾輪、發(fā)光二極管和光敏二極管，同一套夾取力測試機(jī)構(gòu)的發(fā)光二極管和光敏二極管分別設(shè)置在滾輪上下兩側(cè)，各滾輪上分別開設(shè)有通孔，光敏二極管通過所述通孔接收到的來自發(fā)光二極管的光線量隨滾輪的滾動而發(fā)生變化，各發(fā)光二極管、光敏二極管和壓力傳感器均與所述單片機(jī)相連。

所述單片機(jī)內(nèi)設(shè)置有用于記錄可編程電阻器的阻值的存儲模塊。

所述電磁式機(jī)械手爪還包括底座，左、右手爪分別安裝在底座上，電磁鐵設(shè)置在底座內(nèi)，底座的左右兩側(cè)分別開設(shè)有滑槽，位于底座左側(cè)的滑槽供左側(cè)永磁鐵滑動，位于右側(cè)的滑槽供右側(cè)永磁鐵滑動，左、右側(cè)永磁鐵的下部分別設(shè)置有滾珠，各滑槽的底部沿左、右側(cè)永磁鐵的移動方向分別開設(shè)有與滾珠相適配的導(dǎo)向槽。

所述左、右側(cè)永磁鐵為順向放置，即左、右側(cè)永磁鐵的左端均為正極、右端均為負(fù)極。

所述底座的左側(cè)設(shè)置有用于限制左側(cè)永磁鐵移動的左擋板，底座的右側(cè)設(shè)置有用于限制右側(cè)永磁鐵移動的右擋板；所述底座上還設(shè)置有接線口。

所述電磁式機(jī)械手爪還包括導(dǎo)向桿和兩根復(fù)位彈簧，導(dǎo)向桿橫穿電磁鐵且導(dǎo)向桿的兩端分別與左、右側(cè)永磁鐵相連，其中一根復(fù)位彈簧的一端與左側(cè)永磁鐵相連、另一端與電磁鐵相連，另外一根復(fù)位彈簧的一端與右側(cè)永磁鐵相連、另一端與電磁鐵相連。

所述電磁式機(jī)械手爪還包括手爪行程調(diào)整機(jī)構(gòu)，手爪行程調(diào)整機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在左、右手爪中間的調(diào)整塊，調(diào)整塊面向左手爪的一側(cè)和面向右手爪的一側(cè)分別設(shè)置有調(diào)整螺栓。

所述左、右手爪的相向內(nèi)側(cè)分別設(shè)置有防滑膠皮。

由于采用了上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型所取得的有益效果為：

1、本實(shí)用新型中的電磁式機(jī)械手爪采用電磁系統(tǒng)，省卻了笨重的氣泵和液壓裝置，大大減少了占用體積，且電磁系統(tǒng)反應(yīng)更加快速，提高了作業(yè)效率。

2、本實(shí)用新型通過改變可編程電阻器的阻值來控制接入電磁鐵線圈的電流大小，能夠有效地控制手爪抓取夾力的大小，防止因力太小而導(dǎo)致待夾取物滑落，或夾取力過大導(dǎo)致擠壓破壞物體變形。而且，在機(jī)械手爪投入之前，利用本實(shí)用新型中的試抓取試驗(yàn)，可有效存儲常用夾取物所需的抓取力對應(yīng)的可編程電阻器的阻值大小，方便后續(xù)實(shí)際應(yīng)用過程中遇到相同的物體，單片機(jī)直接控制可編程電阻器調(diào)整到相應(yīng)的阻值，直接對物體進(jìn)行夾取，高效快捷。

3、利用本實(shí)用新型中手爪行程調(diào)整機(jī)構(gòu)可有效控制抓取行程，實(shí)現(xiàn)更加高效快捷的抓取物體。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的整體裝配圖。

圖2為本實(shí)用新型的半剖結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3示出了本實(shí)用新型中滾輪、發(fā)光二極管、光敏二極管、通孔的相對位置關(guān)系示意圖。

圖4示出了本實(shí)用新型中電磁鐵供電線路原理圖。

圖5為本實(shí)用新型的控制流程圖。

其中，

1、左手爪 2、右手爪 101.201、抓取板 102.202、定位板 3、調(diào)整塊 4、調(diào)整螺栓 5、接線口 601、左擋板 602、右擋板 7、滾輪 71、通孔 8、發(fā)光二極管 9、光敏二極管 10.1、左側(cè)永磁鐵 10.2、右側(cè)永磁鐵 11、復(fù)位彈簧 12、導(dǎo)向桿 13、滾珠 14、防滑膠皮 15、電磁鐵 16、永磁鐵定位板 17、底座 18、滑槽 19、電阻 20、控制開關(guān) 21、壓力傳感器

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但本實(shí)用新型并不限于這些實(shí)施例。

如圖1至圖4所示，一種夾取力可調(diào)的電磁式機(jī)械手爪，包括左手爪1、右手爪2、左側(cè)永磁鐵10.1、右側(cè)永磁鐵10.2、電磁鐵15、單片機(jī)及用于為電磁鐵15供電的電磁鐵供電線路。單片機(jī)與電磁鐵供電線路相連，電磁鐵供電線路上的電流大小可調(diào)。

所述電磁式機(jī)械手爪還包括底座17，左、右手爪分別安裝在底座17上，電磁鐵15設(shè)置在底座17內(nèi)。所述底座17為密封結(jié)構(gòu)，可有效起到防塵防水的作用。所述左手爪1和右手爪2彼此相連、結(jié)構(gòu)相同且左右對稱。所述左手爪1、右手爪2及底座均為鋁合金材質(zhì)，輕便且不影響電磁鐵15和左、右永磁鐵的工作。所述左手爪1包括彼此相連的抓取板101和定位板102，右手爪2包括彼此相連的抓取板201和定位板202，定位板102、202分別與底座17相連。左側(cè)永磁鐵10.1設(shè)置在左手爪1的下方，右側(cè)永磁鐵10.2設(shè)置在右手爪2的下方，電磁鐵15設(shè)置在左、右側(cè)永磁鐵的中間，且電磁鐵15固定在底座17上。左手爪1的抓取板101的下方設(shè)置有與其固連的用于安裝左側(cè)永磁鐵10.1的永磁鐵定位板16，右手爪2的抓取板201的下方設(shè)置有與其固連的用于安裝右側(cè)永磁鐵10.2的永磁鐵定位板16。底座17的左右兩側(cè)分別開設(shè)有滑槽18，位于底座17左側(cè)的滑槽18供左側(cè)永磁鐵10.1滑動，位于右側(cè)的滑槽18供右側(cè)永磁鐵10.2滑動。各所述滑槽18的形狀與左、右側(cè)永磁鐵及永磁鐵定位板16的形狀相適配。所述左、右側(cè)永磁鐵的下部分別設(shè)置有滾珠13，減少了滑動過程中的摩擦力，各滑槽18的底部沿左、右側(cè)永磁鐵的移動方向分別開設(shè)有與滾珠13相適配的導(dǎo)向槽。

所述左、右側(cè)永磁鐵為順向放置，即左、右側(cè)永磁鐵的左端均為正極、右端均為負(fù)極；所述底座17的左側(cè)設(shè)置有用于限制左側(cè)永磁鐵10.1移動的左擋板601，底座17的右側(cè)設(shè)置有用于限制右側(cè)永磁鐵10.2移動的右擋板602。左、右擋板與底座17之間均為可拆卸式連接方式，方便左、右手爪及左、右側(cè)永磁鐵的放置和取出。所述左、右手爪的相向內(nèi)側(cè)分別設(shè)置有防滑膠皮14，起到抓取物品時(shí)的防止滑動的作用。

所述電磁式機(jī)械手爪還包括導(dǎo)向桿12和兩根復(fù)位彈簧11，導(dǎo)向桿12橫穿電磁鐵15且導(dǎo)向桿12的兩端分別與左、右側(cè)永磁鐵相連，其中一根復(fù)位彈簧11的一端與左側(cè)永磁鐵10.1相連、另一端與電磁鐵15相連，另外一根復(fù)位彈簧11的一端與右側(cè)永磁鐵10.2相連、另一端與電磁鐵15相連。

當(dāng)電磁鐵15上電時(shí)，電磁鐵15帶磁性，吸引左、右側(cè)永磁鐵，使左、右側(cè)永磁鐵向中間靠攏，帶動左、右手爪同時(shí)向中間靠攏，形成夾取狀態(tài)。當(dāng)電磁鐵15斷電，復(fù)位彈簧11把左、右側(cè)永磁鐵向兩邊撐開，左、右手爪隨著移動，形成張開狀態(tài)。

所述電磁式機(jī)械手爪還包括手爪行程調(diào)整機(jī)構(gòu)，手爪行程調(diào)整機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在左、右手爪中間的調(diào)整塊3。所述調(diào)整塊3安裝在底座17的頂端面上。調(diào)整塊3面向左手爪1的一側(cè)和面向右手爪2的一側(cè)分別設(shè)置有調(diào)整螺栓4。各調(diào)整螺栓4相對于調(diào)整塊3往內(nèi)擰，可使左、右手爪行程變長，用于夾取較小的物品；各調(diào)整螺栓4相對于調(diào)整塊3往外擰，可使左、右手爪行程變短，用于夾取較大的物品。

所述電磁式機(jī)械手爪還包括夾取力測試機(jī)構(gòu)，夾取力測試機(jī)構(gòu)有兩套，其中一套設(shè)置在左手爪1上，另一套設(shè)置在右手爪2上，各套夾取力測試機(jī)構(gòu)均包括壓力傳感器21、滾輪7、發(fā)光二極管8和光敏二極管9，同一套夾取力測試機(jī)構(gòu)的發(fā)光二極管8和光敏二極管9分別設(shè)置在滾輪7上下兩側(cè)，壓力傳感器21設(shè)置在滾輪7的下方，滾輪7由橡膠材料制成。各滾輪7上分別開設(shè)有通孔71，光敏二極管9通過所述通孔71接收到的來自發(fā)光二極管8的光線量隨滾輪7的滾動而發(fā)生變化，各發(fā)光二極管8、光敏二極管9和壓力傳感器21均與所述單片機(jī)相連。所述光敏二極管9是一種能夠?qū)⒐飧鶕?jù)使用方式，轉(zhuǎn)換成電流或者電壓信號的光探測器，光敏二極管9的管芯常使用一個(gè)具有光敏特征的PN結(jié)，對光的變化非常敏感，具有單向?qū)щ娦裕夜鈴?qiáng)不同的時(shí)候會改變電學(xué)特性，因此，可以利用光照強(qiáng)弱來改變電路中的電流。

所述底座17上還設(shè)置有接線口5。電磁鐵15的磁力大小通常由兩個(gè)因素決定，接入的線圈數(shù)和通過線圈的電流大小。為起到自動調(diào)節(jié)夾取力的功能，本實(shí)用新型采用調(diào)節(jié)接入電磁鐵15線圈電流大小的方式來控制電磁鐵15磁力的大小。

如圖4所示，所述電磁鐵供電線路上設(shè)置有可編程電阻器，可編程電阻器與單片機(jī)相連。單片機(jī)通過控制可編程電阻器的觸點(diǎn)位置改變供電線路上的電流大小，從而改變接入電磁鐵15線圈內(nèi)的電流大小。所述單片機(jī)內(nèi)設(shè)置有用于記錄可編程電阻器的阻值的存儲模塊。所述可編程電阻器的基本原理可等效為若干個(gè)電阻19的串聯(lián)，每個(gè)電阻19與一個(gè)控制開關(guān)20并聯(lián)，通過單片機(jī)操控控制開關(guān)20的閉合斷開進(jìn)行步進(jìn)切換電流大小。接入的電阻19數(shù)目越多，可調(diào)節(jié)的檔位也越多，可選擇的電流大小也越多，改變也越平滑。需要說明的是，雖然圖5中僅示出了七個(gè)電阻19，但串聯(lián)電阻19的個(gè)數(shù)并不局限于七個(gè)，電阻19的個(gè)數(shù)為滿足夾取要求的若干個(gè)。

如圖5所示，當(dāng)利用本實(shí)用新型所述的電磁式機(jī)械手抓取物體時(shí)，隨著可編程電阻器的電阻19減小，即與各電阻19并聯(lián)的控制開關(guān)20逐步閉合，通過電磁鐵15的電流也在逐漸增大，電磁鐵15吸引力隨之逐漸增大，左、右手爪緩慢向中間移動。當(dāng)左、右手爪上的壓力傳感器21感受到物體接觸時(shí)，單片機(jī)接收來自光敏二極管9反饋的信息開始工作。例如，當(dāng)使用本實(shí)用新型所述的電磁式機(jī)械手抓取水瓶時(shí)，左、右手爪從水瓶底部向上緩慢移動，若水瓶未被夾緊，則左、右手爪上的滾輪7也會隨之轉(zhuǎn)動。隨著左、右手爪緩慢夾緊物體并沿物體向上滑動，滾輪7也緩慢滾動，滾輪7一側(cè)的發(fā)光二極管8發(fā)射出的光隨著滾輪7上通孔71的轉(zhuǎn)動，被滾輪7另一側(cè)的光敏二極管9接收的光線量也不斷變化，光敏二極管9接收到的光照轉(zhuǎn)換成電流，光照強(qiáng)度變化，電流強(qiáng)度也隨之變化，由此判定滾輪7處于滾動狀態(tài)，待夾取物未被夾緊，當(dāng)光敏二極管9反饋的電流不再變化時(shí)，證明滾輪7不再滾動，待夾取物被夾緊，單片機(jī)不再調(diào)整可編程電阻器，且單片機(jī)的存儲模塊記錄此時(shí)可編程電阻器的阻值，即為夾取此種待夾取物所需接入的可編程電阻器的阻值大小。根據(jù)該接入的可編程電阻器的阻值大小可得出需要接入電磁鐵供電線路的電流大小，從而得出電磁鐵15磁力的大小，進(jìn)而得出夾取該待夾取物所需要的力的大小。試抓結(jié)束后，單片機(jī)上的存儲模塊記錄下此時(shí)可編程電阻器的阻值，下次抓取同類物品時(shí)可直接控制可編程電阻器變化到相應(yīng)的電阻進(jìn)行抓取。

如圖5所示，本實(shí)用新型中所述的電磁式機(jī)械手爪的應(yīng)用方法包括如下步驟：

步驟1，建立阻值數(shù)據(jù)庫，在將所述電磁式機(jī)械手爪投入使用之前，實(shí)現(xiàn)對電磁式機(jī)械手爪進(jìn)行試抓取試驗(yàn)，以在單片機(jī)的存儲模塊內(nèi)建立針對多種不同常用夾取物的可編程電阻器的阻值數(shù)據(jù)庫，以便在實(shí)際應(yīng)用過程中抓取到相同物體時(shí)，單片機(jī)直接控制可編程電阻器的觸點(diǎn)位置到達(dá)需要的電阻值；

步驟2，實(shí)際應(yīng)用中的動態(tài)調(diào)整，將所述電磁式機(jī)械手投入實(shí)際應(yīng)用，若待夾取物是步驟1內(nèi)已存儲的常用夾取物，則單片機(jī)直接控制可編程電阻器的觸點(diǎn)位置到達(dá)需要的電阻值；若待夾取物不是步驟1內(nèi)已存儲的常用夾取物，則按如下過程調(diào)整接入電磁鐵15線圈的電流大小：電磁鐵供電線路為電磁鐵15供電，單片機(jī)控制可編程電阻器的阻值由大至小變化，電磁鐵15通電，左、右手爪相互靠攏以夾取待夾取物，當(dāng)左、右手爪上的壓力傳感器21感受到待夾取物的接觸時(shí)，單片機(jī)接受光敏二極管9的反饋信號并根據(jù)該反饋信號對可編程電阻器進(jìn)行控制，隨著左、右手爪逐漸夾緊待夾取物并沿待夾取物滑動，左、右手爪上的滾輪7也逐漸滾動，滾輪7一側(cè)的發(fā)光二極管9發(fā)射出的光隨著滾輪7上通孔71的轉(zhuǎn)動，被滾輪7另一側(cè)的光敏二極管9接收的光線量也不斷變化，光敏二極管9接收到的光照轉(zhuǎn)換成電流，光照強(qiáng)度變化，電流強(qiáng)度也隨之變化，由此判定滾輪7處于滾動狀態(tài)，待夾取物未被夾緊，當(dāng)光敏二極管9反饋的電流不再變化時(shí)，證明滾輪7不再滾動，待夾取物被夾緊，單片機(jī)不再調(diào)整可編程電阻器，且單片機(jī)的存儲模塊記錄此時(shí)可編程電阻器的阻值，即為夾取此種待夾取物所需接入的可編程電阻器的阻值大小。

本實(shí)用新型中未述及的部分采用或借鑒已有技術(shù)即可實(shí)現(xiàn)。

本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對本實(shí)用新型的精神所作的舉例說明。本實(shí)用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本實(shí)用新型的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。