电磁永磁混合驱动推拉单元集成的多向可控运动装置转让专利
申请号 : CN201910496259.2
文献号 : CN110247534B
文献日 : 2021-03-12
发明人 : 韦岗 , 苏瑞彩 , 王一歌 , 曹燕 , 赵明剑 , 凌丽娟
申请人 : 广州丰谱信息技术有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.电磁永磁混合驱动推拉单元集成的多向可控运动装置,其特征在于,由多个推拉驱动阵列组件组装而成;其中,推拉驱动阵列组件包括若干条电磁永磁混合驱动推拉单元,电磁永磁混合驱动推拉单元在电磁线圈总控单元的电流控制下产生可控的特定位移,使相邻推拉驱动阵列组件产生多自由度、小角度摆动,从而实现多向可控运动装置任意角度的多向运动;
所述推拉驱动阵列组件包含一个硬质管、若干个电磁永磁混合驱动推拉单元和支撑体,其中电磁永磁混合驱动推拉单元依靠支撑体固定于硬质管中,若干个电磁永磁混合驱动推拉单元捆绑集成在一起,构成多点推拉驱动阵列;推拉驱动阵列组件中的电磁永磁混合驱动推拉单元产生拉力或推力,牵引或推动相邻推拉驱动阵列组件实现小角度的摆动;
在总控单元的电流控制下,多个推拉驱动阵列组件中的电磁永磁混合驱动推拉单元产生不同方向的组合拉力和/或组合推力,实现相邻推拉驱动阵列组件的多自由度、小角度摆动;
所述电磁永磁混合驱动推拉单元由中空的电磁线圈组、延伸杆和多个多级伸缩件组成,多个多级伸缩件级联放置于电磁线圈组内;所述电磁线圈组包括中空管及缠绕中空管外的若干组线圈,或者电磁线圈组直接由若干组线圈组成;每个线圈的电流独立控制,线圈的长度不等;多级伸缩件在电磁线圈组的电磁力作用下,产生游程可控的多级位移;延伸杆与末尾的多级伸缩件连接,负责将多级伸缩件产生的推力或拉力传递到相邻推拉驱动阵列组件;
所述多级伸缩件由永磁铁、电磁铁和伸缩杆依次连接组成,或者由永磁铁、垫片和伸缩杆依次连接组成;永磁铁的N极都指向同一方向;伸缩杆以滚珠连接方式实现伸缩:在推力作用下压缩,在拉力作用下拉伸;电磁铁通电产生作用力,让其相邻的电磁铁不紧挨和快速位移;垫片起间隔永磁铁和缩杆的作用;
所述多级伸缩件实现游程可控的多级位移的方式是:永磁铁和电磁铁在磁力作用下产生推力或者拉力使得与其连接的伸缩杆拉伸或者压缩一个固定长度的位移,这个固定长度是伸缩杆以滚珠方式卡住、精确控制的;多个不同固定长度的组合就能实现多级不同长度的位移;每个多级伸缩件的位移能够设置为相同或者不同,由此可通过控制一个或多个多级伸缩件的位移运动来精确控制实现电磁永磁混合驱动推拉单元不同距离的位移。
2.根据权利要求1所述的多向可控运动装置,其特征在于,当多个推拉驱动阵列组件级联在一起,能够通过控制其中一个推拉驱动阵列组件的小角度摆动,来实现多向可控运动装置任意角度的多向运动。
3.根据权利要求1所述的多向可控运动装置,其特征在于,推拉驱动阵列组件之间的连接依靠中间弹性件连接在一起,中间弹性件为非刚性件,平衡推拉驱动阵列组件的静力,起支撑作用。
4.根据权利要求1所述的多向可控运动装置,其特征在于,多级伸缩件实现位移时所需的磁力来自于两部分,一部分是电磁铁,一部分来自电磁线圈组;通电的电磁体与相邻的永磁体产生斥力或者引力,拉伸或者压缩相邻的伸缩杆,此磁力较小;电磁线圈组相应位置处的线圈通电,在电磁线圈组的相应位置内部产生较强的磁力,推动永磁铁的运动;通电电流的方向决定其磁力作用到伸缩杆上的效果是拉伸或者压缩伸缩杆长度,产生位移。
5.根据权利要求1所述的多向可控运动装置,其特征在于,总控单元采用程控的方式对各线圈进行电流的选择性组合控制;线圈包括每个推拉驱动阵列组件里面每个电磁永磁混合驱动推拉单元中每个电磁线圈组,以及多级伸缩件中的用来实现电磁铁的每个线圈;
控制电磁永磁混合驱动推拉单元中每个电磁线圈组,即能够在电磁永磁混合驱动推拉单元中控制产生分段磁力,控制里面相应位置处的永磁铁的状态;
控制多级伸缩件中的用来实现电磁铁的每个线圈,即是产生作用力让相邻的永磁铁保持三种状态,所述三种状态包括正向运动、反向运动和静止状态,这三种状态都需要电流;
根据实际的应用,正向运动能够定义为拉伸方向的正向力引起的运动,反向运动为压缩方向的反向力引起的运动,静止状态则为不动的状态,即是正向力和反向力相等;
总控单元组合选择部分线圈通电,控制通电的大小和方向,则能控制相应的线圈的状态,使得对应的电磁铁运动,产生推力或者拉力作用于伸缩杆上,从而实现任意推拉驱动阵列组件的多向摆动。
说明书 :
电磁永磁混合驱动推拉单元集成的多向可控运动装置
技术领域
背景技术
为工厂自动化生产线的主要发展形式。工业机器人能自动执行工作,靠自身动力和控制能
力来实现各种功能。目前,工业机器人的运动控制主要采用电机驱动和机械传动的方式。
械传动机构有齿轮传动、链条传动、蜗轮蜗杆传动等接触式传动方式。受机械的制作精密度
和安装精准度影响,传动过程中会产生摩擦和振动,需要消耗较多功率克服接触面间的摩
擦阻力,造成动力的浪费。而要实现复杂的运动,如转角度摆动,需要多级传动,每级传动都
要耗费相当多的动力。
发明内容
动推拉单元在电磁线圈总控单元的电流控制下产生可控的特定位移,从而使相邻推拉驱动
阵列组件产生多自由度小角度摆动;多个推拉驱动阵列组件按照一定的方式组装在一起,
集成为多向可控运动装置,实现任意角度的多向运动。
动装置任意角度的多向运动。
单元依靠支撑体固定于硬质管中,若干电磁永磁混合驱动推拉单元按照某种方式捆绑集成
在一起,构成多点推拉驱动阵列;推拉驱动阵列组件中的电磁永磁混合驱动推拉单元产生
拉力或推力,牵引或推动相邻推拉驱动阵列组件实现小角度的摆动;在总控单元的电流控
制下,多个推拉驱动阵列组件中的电磁永磁混合驱动推拉单元产生不同方向的组合拉力
和/或组合推力,实现相邻推拉驱动阵列组件的多自由度、小角度摆动。
电磁线圈组内;所述电磁线圈组包括中空管及缠绕中空管外的若干组线圈,或者电磁线圈
组直接由若干组线圈组成;每个线圈的电流独立控制,线圈的长度不等,可长可短;多级伸
缩件在电磁线圈组的电磁力作用下,产生游程可控的多级位移;延伸杆与末尾的多级伸缩
件连接,负责将多级伸缩件产生的推力或拉力传递到相邻推拉驱动阵列组件。
推力作用下压缩,在拉力作用下拉伸,类似拉杆箱的拉杆;电磁铁用通电线圈实现,其主要
功能是阻隔相邻的永磁铁吸在一起,由于永磁铁的N极都指向同一方向,则两个永磁体一定
是异性级相连的,若没有阻隔,必定吸在一起,而间隔一定的距离其吸力减少,便于快速移
动;另外电磁铁除了起到间隔作用,还可以通电产生作用力,让其相邻的电磁铁不紧挨和快
速位移,若只需要起间隔作用它也可以用普通的垫片来代替。
长度是伸缩杆以滚珠方式卡住、精确控制的;多个不同固定长度的组合就能实现多级不同
长度的位移;每个多级伸缩件的位移可以设置为相同或者不同,由此可通过控制一个或多
个多级伸缩件的位移运动来精确控制实现电磁永磁混合驱动推拉单元不同距离的位移。
的伸缩杆,此磁力较小;电磁线圈组相应位置处的线圈通电,在电磁线圈组的相应位置内部
产生较强的磁力,推动永磁铁的运动;通电电流的方向决定其磁力作用到伸缩杆上的效果
是拉伸或者压缩伸缩杆长度,产生位移。
列组件里面每个电磁线圈组,以及多级伸缩件中的用来实现电磁铁的每个线圈;
流;根据实际的应用,正向运动可以定义为拉伸方向的正向力引起的运动,反向运动为收缩
反向的反向力引起的运动,静止状态则为不动的状态,即是正向力和反向力相等;
动阵列组件的多向摆动。
生;
作。该装置可广泛用于机器人、机器狗等的运动控制系统。
附图说明
具体实施方式
人员来说,附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
拉驱动阵列组件由硬质管1、沿管壁均匀分布的多条电磁永磁混合驱动推拉单元2、支撑体
3、硬质管之间的中间弹性件4构成。
此展示,而在图3中展示。图2中的多级伸缩件由2个永磁铁5、电磁线圈组6和伸缩杆7依次连
接组成,这里还示意了和多级伸缩件一端相连的延伸杆8,该延伸杆8另一端和相邻的推拉
驱动阵列组件连接,使得产生的推力或拉力可以传递到相邻连接的推拉驱动阵列组件。
功能是阻隔相邻的永磁铁吸在一起,由于永磁铁的N极都指向同一方向,则两个永磁体一定
是异性级相连的,若没有阻隔,则必定是吸在一起的,而间隔一定的距离其吸力减少,便于
快速移动;另外电磁铁除了起到间隔作用,还可以通电产生磁力,让其相邻的电磁铁不紧挨
和快速位移,若只需要起间隔作用它也可以用普通的垫片来代替。
多个不同固定长度的组合就能实现多级不同长度的位移;每个多级伸缩件的位移可以设置
为相同或者不同,由此可通过控制一个或多个多级伸缩件的位移运动来精确控制实现电磁
永磁混合驱动推拉单元不同距离的位移。
的长度不等;多级伸缩件在电磁线圈组的电磁力作用下,产生游程可控的多级位移。
拉伸或者压缩相邻的伸缩杆,此磁力较小;电磁线圈组相应位置处的线圈通电,在电磁线圈
组的相应位置内部产生较强的磁力,推动永磁铁的运动;通电电流的方向决定其磁力作用
到伸缩杆上的效果是拉伸或者压缩伸缩杆长度,产生位移。
动角度α的工作流程。
磁永磁混合驱动推拉单元在平衡位置,使其为一整体稳固站立。下面的推拉驱动阵列组件
的延伸杆与相邻的(上面的)推拉驱动阵列组件相接触,使得产生的推力可以传递到相邻连
接的推拉驱动阵列组件。
作用力,推动伸缩杆。
度的位移,与伸缩杆相连的延伸杆,推动相邻的推拉驱动阵列组件的左侧上升,使该推拉驱
动阵列组件向右摆动角度α角度,图4(b)所示。
任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。