一种机器人末端执行器拉力控制装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种机器人末端执行器拉力控制装置，该拉力控制装置设置在机器人手臂和末端执行器之间，包括多个呈线性排列的各向异性磁流变弹体、设置在相邻的两个各向异性磁流变弹体之间用于将相邻两个各向异性磁流变弹体串联在一起的连接块以及永磁体；所述连接块由位于两端的各向异性磁流变弹体连接部和位于中间的永磁体容纳腔构成，每个永磁体容纳腔的两侧都设有进出口，每个永磁体容纳腔的进出口方向上都对应地设有一个永磁体，当沿着进出口方向对永磁体施加拉力或推力时，永磁体作靠近或远离永磁体容纳腔运动。该拉力控制装置能够利用各向异性磁流变弹性体同时具有弹性和软磁性的特点，通过移动外加磁场，实现对机器人末端执行器拉力的控制。

【技术实现步骤摘要】
一种机器人末端执行器拉力控制装置
本专利技术涉及机器人，具体涉及一种机器人末端执行器拉力控制装置。
技术介绍
随着中国制造业人工成本的上升以及制造业转型升级的需要，利用机器人和智能化设备来代替人工作业在降低成本，减少作业者职业病，提高产品质量和劳动生产率方面效果显著。制造业中很多工作都需要机器人与外界环境发生接触，如机器人轴孔装配、机械加工、协调搬运作业，多指机器人抓取物体等，这就涉及到机器人末端执行器与外界环境之间接触力的控制。机器人末端执行器与外界环境之间力/力矩的控制是机器人学中的研究热点和难点，控制方法一般分为两种，分别为位置/力混合控制以及阻抗控制。其中，位置/力混合控制是指机器人末端执行器需要同时满足位置和力的约束，力约束被用于控制表面的法线方向上的运动，位置约束被用于控制表面切线方向上的运动，而阻抗控制需要建立机器人末端执行器与环境之间力误差和位置/速度之间的关系，将末端力误差转化为手臂末端位置/速度调整量。与上述两个控制方法不同的是，各向异性磁流变弹性体材料是一种含有软磁性金属微粒并具有磁流变效应的新型智能材料，其自身阻尼或刚度特性能随外加磁场的强度变化而快速连续可逆的进行调整，对于各向异性磁流变弹性体材料，目前还尚未发现有将其应用到机器人末端执行器力控制方面的研究。因此，有别于以上两种力控制方法，通过机器人学与材料科学的交叉，开展各向异性磁流变弹性体在机器人末端执行器力控制的研究对机器人控制领域以及工农业生产具有重要的意义。那么设计一种基于各向异性磁流变弹性体的机器人末端执行器拉力控制装置便具有重要的应用价值。
技术实现思路
本专利技术为了克服目前现有技术存在的不足，设计了一种机器人末端执行器拉力控制装置，该拉力控制装置能够利用各向异性磁流变弹性体同时具有弹性和软磁性的特点，通过移动外加磁场，实现对机器人末端执行器拉力的控制。本专利技术解决上述技术问题的技术方案是：一种机器人末端执行器拉力控制装置，其特征在于，该拉力控制装置设置在机器人手臂和末端执行器之间，包括多个呈线性排列的各向异性磁流变弹体、设置在相邻的两个各向异性磁流变弹体之间用于将相邻两个各向异性磁流变弹体串联在一起的连接块以及永磁体，其中，所述连接块由位于两端的各向异性磁流变弹体连接部和位于中间的永磁体容纳腔构成，每个永磁体容纳腔的两侧都设有进出口，每个永磁体容纳腔的进出口方向上都对应地设有一个永磁体，当沿着进出口方向对永磁体施加拉力或推力时，永磁体作靠近或远离永磁体容纳腔运动。优选地，所述各向异性磁流变弹体的两端分别设有限位凸块，该限位凸块的内侧面构成限位面，所述连接块两端的各向异性磁流变弹体连接部上分别设有通口，该通口尺寸小于限位面尺寸，所述限位面穿过所述通口进入到永磁体容纳腔内，与永磁体容纳腔的内壁面贴合，对各向异性磁流变弹体进行限位。需要说明的是，在将磁流变弹力连接到连接块内时，由于各向异性磁流变弹体的限位凸块具有弹性，因此能够通过挤压变形的方式缩小自身体积，达到顺利穿过所述通口进入到永磁体容纳腔内的目的，进入到永磁体容纳腔后，限位凸块由于失去挤压力而恢复形变，此时，由于所述限位面的面积大于所述通口的面积，因此当对机器人末端执行器施加拉力时，永磁体容纳腔的内壁面会与限位面发生贴合，对限位面进行限位，从而该限位，实现各向异性磁流变弹体与连接块之间的连接。优选地，所述限位面为斜面，所述连接块的壁体上与所述斜面配合地设有斜壁面。工作时，所述斜面与斜壁面贴合，对各向异性磁流变弹性体进行限位。这样设置的好处在于，斜面相对于竖直面而言能够增大接触面面积，从而使得在对末端执行器施加拉力的过程中，来自各向异性磁流变弹性体的拉力能够通过斜面与斜壁面的贴合方式更加均匀地作用在连接块上，避免应力集中的现象，因此工作效果更好。优选地，所述永磁体为偶数个，相邻的两块永磁体分布在永磁体容纳腔进出口的不同侧，分别在永磁体容纳腔进出口的不同侧作进出永磁体容纳腔运动。这样设置的目的在于，相对于将相邻的两块永磁体设置在永磁体容纳腔进出口的同侧，分别在永磁体容纳腔和永磁体容纳腔进出口的同侧之间运动的情况(该情况中，当两块永磁体同时运动至永磁体容纳腔外时，由于两永磁体之间的吸引力较大，因此发生相互靠近运动的趋势较大，对永磁体的进出永磁体容纳腔的干扰阻力较大)而言，该方案中将相邻的两永磁体设置在永磁体容纳腔的两侧时，两永磁体的距离较远，干扰较小，因此能够相对独立地进行各自的进出永磁体容纳腔运动，因此该设置下的工作效果好，此外，相邻的两块永磁体分布在永磁体容纳腔进出口的不同侧时，又会使得永磁体的分布密度较小，对永磁体的操作空间较大，从而能够更加方便地对永磁体的运动进行控制。优选地，所述连接块两端的各向异性磁流变弹体的各向异性磁流变弹体连接部与永磁体容纳腔之间还设有用于防止各向异性磁流变弹性体与永磁体两者吸紧卡死的玻璃隔板。通过设置该玻璃隔板，能够保证永磁体的进出永磁体容纳腔的运动更加顺利地进行。优选地，所述各向异性磁流变弹性体为软磁性介质。这样设置的好处在于，软磁性介质能够减少磁力线的扩散，使磁感应强度增强，两永磁体间沿磁场磁力线方向上两永磁体之间吸引力增大，进而使拉力控制装置能够更有效地控制对末端执行器施加的拉力，作用效果更好。优选地，本专利技术的一种机器人末端执行器拉力控制装置还包括用于驱动各向异性磁流变弹性体作进出永磁体容纳腔运动的各向异性磁流变弹性体驱动机构，该各向异性磁流变弹性体驱动机构包括用于对异性各向异性磁流变弹性体进行固定的固定板以及驱动固定板沿着永磁体容纳腔的进出口方向来回运动的动力机构。工作时，动力机构通过驱动固定板来带动异性各向异性磁流变弹性体沿着永磁体容纳腔的进出口方向运动来改变各向异性磁流变弹性体位置，进而改变永磁体的磁场分布、各向异性磁流变弹性体的拉应变刚度系数以及末端执行器拉力控制装置产生的拉力，由于该操作是通过控制装置自动完成的，因此具有控制方便、智能的优点。优选地，所述动力机构由电机和丝杆传动机构构成，其中，所述丝杆传动机构中的丝杆座沿着永磁体容纳腔的进出口方向设置，所述电机与丝杆传动机构中的丝杆之间通过联轴器连接，所述固定板与丝杆传动机构中的丝杆螺母连接。工作时，电机转动，带动丝杆转动，进而带动丝杆螺母、固定板以及固定板上的各向异性磁流变弹性沿着永磁体容纳腔的进出口方向来回运动。这样设置的好处在于，由电机和丝杆传动机构构成的动力机构具有运动精度高、运动平稳的优点，满足对各向异性磁流变弹性位置的精确调节。优选地，所述各向异性磁流变弹性体采用常温硫化硅橡胶和德国BASF纯铁粉制备，铁粉颗粒直径9-10um、所占质量分数为80％，弹性体内部形成铁粉颗粒链。优选地，所述各向异性磁流变弹性体于磁感应强度600mT条件下固化，固化后弹性体两端有突起，该突起构成所述限位凸块，该限位凸块能够嵌入连接块，从而串联组成一条线状弹性体。本专利技术的工作原理为：所述各向异性磁流变弹性体中的软磁性颗粒呈链状排列，当磁场磁力线方向与各向异性磁流变弹性体中链状软磁性颗粒方向平行时，各向异性磁流变弹性体拉应变刚度系数会随着磁感应强度增大而增大，因此通过控制与链状软磁性颗粒方向平行的磁力线的密集度，能够控制各向异性磁流变弹性体的拉应变刚度系数，进而改变拉力控制装置产本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机器人末端执行器拉力控制装置，其特征在于，该拉力控制装置设置在机器人手臂和末端执行器之间，包括多个呈线性排列的各向异性磁流变弹体、设置在相邻的两个各向异性磁流变弹体之间用于将相邻两个各向异性磁流变弹体串联在一起的连接块以及永磁体，其中，所述连接块由位于两端的各向异性磁流变弹体连接部和位于中间的永磁体容纳腔构成，每个永磁体容纳腔的两侧都设有进出口，每个永磁体容纳腔的进出口方向上都对应地设有一个永磁体，当沿着进出口方向对永磁体施加拉力或推力时，永磁体作靠近或远离永磁体容纳腔运动。

【技术特征摘要】
1.一种机器人末端执行器拉力控制装置，其特征在于，该拉力控制装置设置在机器人手臂和末端执行器之间，包括多个呈线性排列的各向异性磁流变弹体、设置在相邻的两个各向异性磁流变弹体之间用于将相邻两个各向异性磁流变弹体串联在一起的连接块以及永磁体，其中，所述连接块由位于两端的各向异性磁流变弹体连接部和位于中间的永磁体容纳腔构成，每个永磁体容纳腔的两侧都设有进出口，每个永磁体容纳腔的进出口方向上都对应地设有一个永磁体，当沿着进出口方向对永磁体施加拉力或推力时，永磁体作靠近或远离永磁体容纳腔运动。2.根据权利要求1所述的机器人末端执行器拉力控制装置，其特征在于，还包括用于驱动各向异性磁流变弹性体作进出永磁体容纳腔运动的各向异性磁流变弹性体驱动机构，该各向异性磁流变弹性体驱动机构包括用于对异性各向异性磁流变弹性体进行固定的固定板以及驱动固定板沿着永磁体容纳腔的进出口方向来回运动的动力机构。3.根据权利要求2所述的机器人末端执行器拉力控制装置，其特征在于，所述动力机构由电机和丝杆传动机构构成，其中，所述丝杆传动机构中的丝杆座沿着永磁体容纳腔的进出口方向设置，所述电机与丝杆传动机构中的丝杆之间通过联轴器连接，所述固定板与丝杆传动机构中的丝杆螺母连接。4.根据权利要求1-3任一项所述的机器人末端执行器拉力控制装置，其特征在于，所述各向异性磁流变弹体的两端分别设有限位凸块，该限位凸块的内侧...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧阳帆，姚伟祥，兰玉彬，林晋立，燕颖斌，展义龙，
申请(专利权)人：华南农业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44