CN109262602B - 一种磁流体机械手臂 - Google Patents
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Abstract
一种磁流体机械手臂，包括上肢杆件、下肢杆件，上肢杆件与下肢杆件之间通过球面副连接，下肢杆件具有若干伸缩驱动机构，伸缩驱动机构包括导轨、磁流体滑块和弹性连杆，导轨两端具有线圈，弹性连杆的一端与磁流体滑块相连，弹性连杆的另一端与上肢杆件相连。本发明的一种磁流体机械手臂，结构简单，响应快速，通过下肢杆件上的多组磁流体伸缩驱动机构不同程度的伸缩，可实现上肢杆件在任意方位的摆动，弯曲范围大，适用广泛；将多组磁流体机械手臂组合在一起时，各磁流体机械手臂单元可独立控制驱动，弯曲形式丰富，范围大，适用范围广；机械手臂弯曲单元在工作结束之后可方便拆卸，占用空间小。
Description
技术领域
本发明涉及机械手臂，具体涉及一种磁流体机械手臂。
背景技术
机械手臂是机器人技术领域中应用较为广泛的自动化机械装置，在工业制造、医学治疗、娱乐服务、军事、半导体制造以及太空探索等领域都能见到它的身影，虽然它们的形态各有不同，但它们都能够接受指令并精确地定位到三维或二维空间上的某一点进行作业。现有的机械手臂在使用时仍然存在一些不足之处：机械手臂在使用时伸缩范围较为固定，局限性较大；机械手臂在与机器进行连接时，较为固定，功能较为单一；机械手臂在工作结束之后无法进行折叠，且占用较大的空间，一定程度上妨碍了人员的运动以及后期的操作。
磁流体是由基载液体和粒状的磁性固体组成的一种胶体分散体系。基载液体即分散介质，普遍为煤油和机械油等，作为分散相的固体磁性颗粒通常是铁磁性物质，如铁、钻、镍和它们的磁性氧化物等。铁磁流体具有胶体稳定性和组分稳定性，以及具有良好的磁化性能。目前以磁铁矿为固相颗粒的铁磁流体，其饱和磁化强度最高可达约34000A/m。铁磁流体一般不具有磁滞现象，即不存在剩磁和矫顽力，因为磁性颗粒本身悬浮于基载液中，外磁场移去以后，热运动终使其变成无规则状态，实现完全退磁。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于磁流体的机械手臂。
为实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：
一种磁流体机械手臂，包括上肢杆件、下肢杆件，上肢杆件与下肢杆件之间通过球面副连接，下肢杆件具有若干伸缩驱动机构，伸缩驱动机构包括导轨、磁流体滑块和弹性连杆，导轨两端具有线圈，弹性连杆的一端与磁流体滑块相连，弹性连杆的另一端与上肢杆件相连。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述导轨为塑料圆管，所述磁流体滑块为圆柱形滑块。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述弹性连杆为弹簧杆。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述伸缩驱动机构的个数为n对，n为自然数且n≥1，n对伸缩驱动机构对称分布于所述下肢杆件外壁上。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述伸缩驱动机构的个数为n对，n为自然数且n≥1，n对伸缩驱动机构对称分布于所述下肢杆件内壁上，所述下肢杆件前端具有2n个孔洞，所述弹性连杆的一端与磁流体滑块相连，所述弹性连杆的另一端穿过孔洞后与所述上肢杆件相连。
作为本发明进一步改进的技术方案，还包括可折叠橡胶套筒，可折叠橡胶套筒套住所述球面副，可折叠橡胶套筒的一端与所述上肢杆件相接，可折叠橡胶套筒的另一端与所述下肢杆件相接。
一种磁流体机械手臂组，其由前述的磁流体机械手臂首尾相连构成。
与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明的一种磁流体机械手臂，结构简单，响应快速，通过下肢杆件上的多组磁流体伸缩驱动机构不同程度的伸缩，可实现上肢杆件在任意方位的摆动，弯曲范围大，适用广泛；将多组磁流体机械手臂组合在一起时，各磁流体机械手臂单元可独立控制驱动，弯曲形式丰富，范围大，适用范围广；机械手臂弯曲单元在工作结束之后可方便拆卸，占用空间小。
附图说明
图1是本发明实施例中的磁流体机械手臂的结构示意图；
图2是本发明实施例中的伸缩驱动机构的剖面图；
图3是本发明实施例中的磁流体机械手臂的弯曲状态图；
以上图1-3中：1-上肢杆件；2、2’-弹簧杆；3-可折叠橡胶套筒；4、4’-磁流体滑块；5、5’-伸缩驱动机构；6-下肢杆件；7-线圈；8-塑料圆管。
具体实施方式：
下面参照附图对本发明做进一步描述。
实施例1
如图1所示，一种磁流体机械手臂，包括上肢杆件1、下肢杆件6，上肢杆件1与下肢杆件6通过球面副连接，可折叠橡胶套筒3一端连接上肢杆件1，一端连接下肢杆件6，折叠橡胶套筒3保护两杆件的结合处，并可在上肢杆件弯曲时起到缓冲作用。下肢杆件6内壁纵向方向对称安装一对基于磁流体的伸缩驱动机构5，下肢杆件6前端具有孔洞。如图2所示，伸缩驱动机构5包括塑料圆管8、磁流体滑块(4，4’)和弹簧杆(2，2’)，塑料圆管8两端具有线圈7，线圈7与电流控制装置相连，磁流体滑块(4，4’)可在塑料圆管8内自由滑动，弹簧杆(2，2’)的一端与磁流体滑块(4，4’)相连，弹簧杆(2，2’)的另一端穿过孔洞后与上肢杆件1相连。
当上肢杆件1需要向B-C侧摆动时，通过电流控制装置使伸缩驱动机构5中的C侧线圈7通电，产生高梯度磁场，使得位于中间位置的磁流体滑块4向C侧滑动；相应的，A-D侧伸缩驱动机构5’的A部线圈也同时通电，产生高梯度磁场，吸引中间位置的磁流体滑块4向A侧滑动。上肢杆件1在以上过程中，B-C侧将受到弹簧杆2的拉伸力，A-D侧受到弹簧杆2’的压缩力，使得上肢杆件1向B-C侧摆动，摆动后的状态如图3所示。当断开A侧和C侧线圈的电流后，同时控制B侧和D侧线圈通电，使得A侧、C侧磁场消失，B侧、D侧磁场打开，由于磁流体基本无磁滞现象，磁流体滑块4将快速向B侧运动，磁流体滑块4’向D侧运动，使上肢杆件1摆回原来位置。
实施例2
在实施例1的基础上，将多对伸缩驱动机构5对称排布在下肢杆件6上，通过协同控制各伸缩驱动机构5的弹簧杆2，可协调控制上肢杆件1摆动至任意方向。
实施例3
在实施例1和2的基础上，将多节磁流体机械手臂的上肢杆件1与下肢杆件6首尾连接，组成多节机械手臂，以实现多级弯曲。
需要说明的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域正常技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，比如将伸缩驱动机构固定在下肢杆件外壁上，以避免下肢杆件前端出现孔洞，使下肢杆件内部保持封闭，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (7)
1.一种磁流体机械手臂，包括上肢杆件、下肢杆件，上肢杆件与下肢杆件之间通过球面副连接，其特征在于，下肢杆件具有若干伸缩驱动机构，伸缩驱动机构包括导轨、磁流体滑块和弹性连杆，导轨两端具有线圈，弹性连杆的一端与磁流体滑块相连，弹性连杆的另一端与上肢杆件相连。
2.根据权利要求1所述的一种磁流体机械手臂，其特征在于，所述导轨为塑料圆管，所述磁流体滑块为圆柱形滑块。
3.根据权利要求1所述的一种磁流体机械手臂，其特征在于，所述弹性连杆为弹簧杆。
4.根据权利要求1所述的一种磁流体机械手臂，其特征在于，所述伸缩驱动机构的个数为n对，n为自然数且n≥1，n对伸缩驱动机构对称分布于所述下肢杆件外壁上。
5.根据权利要求1所述的一种磁流体机械手臂，其特征在于，所述伸缩驱动机构的个数为n对，n为自然数且n≥1，n对伸缩驱动机构对称分布于所述下肢杆件内壁上，所述下肢杆件前端具有2n个孔洞，所述弹性连杆的一端与磁流体滑块相连，所述弹性连杆的另一端穿过孔洞后与所述上肢杆件相连。
6.根据权利要求1所述的一种磁流体机械手臂，其特征在于，还包括可折叠橡胶套筒，可折叠橡胶套筒套住所述球面副，可折叠橡胶套筒的一端与所述上肢杆件相接，可折叠橡胶套筒的另一端与所述下肢杆件相接。
7.一种磁流体机械手臂组，其特征在于，其由若干个上述任一权利要求所述的磁流体机械手臂首尾相连构成。
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