一种具有耐电磁扰动功能的机械手末端操作器

摘要

本发明涉及末端操作器技术领域，公开了一种具有耐电磁扰动功能的机械手末端操作器，包括了外圈，内圈，工作腔，滚道，滚柱，弹簧，通过外圈套设内圈，在内部设置有滚道，滚道在内圈内侧开设有楔合口，滚道内设置有滚柱和弹簧，工件安装在内圈内侧，在末端操作器转动时，弹簧推动滚柱在楔合口夹持工件，外圈和内圈面对工件的一端是密封的端面结构，避免了电磁对末端操作器的影响，且依靠运动状态完成对工件的夹持和脱开，简化了设备结构和工作程序，提高了工作效率。

权利要求

1.一种具有耐电磁扰动功能的机械手末端操作器,用于夹持工件，其特征在于，包括：外圈，所述外圈的内壁上设置有楔口；

内圈，所述内圈设置在外圈的内侧，且所述内圈上设置有开口；

工作腔，所述工作腔为所述内圈内侧的空腔，用于容纳工件；

滚道，所述滚道为所述楔口和所述开口构成的空腔，在内圈内壁上设置有楔合口；

滚柱，所述滚柱设置在滚道内部，用于夹持工件；

弹簧，所述弹簧设置在滚道内部，用于缓冲滚柱；

所述外圈和所述内圈贴合连接，且内圈可拆卸，所述外圈的前端和所述内圈形成密封的端面结构。

2.根据权利要求1所述的一种具有耐电磁扰动功能的机械手末端操作器，其特征在于，所述楔口为楔形缺口，所述开口的一端在内圈的外壁上，和楔形缺口对应设置，且所述开口的另一端延伸到所述内圈的内壁上。

3.根据权利要求1所述的一种具有耐电磁扰动功能的机械手末端操作器，其特征在于，所述外圈包括前端和后端，所述前端为面对所述工件的一侧，所述后端连接着传动装置。

4.根据权利要求1所述的一种具有耐电磁扰动功能的机械手末端操作器，其特征在于，所述滚道设置有若干个，若干个滚道之间的距离相等。

5.根据权利要求1所述的一种具有耐电磁扰动功能的机械手末端操作器，其特征在于，所述滚柱的结构为圆柱体，在所述滚道中活动滚动。

6.根据权利要求1所述的一种具有耐电磁扰动功能的机械手末端操作器，其特征在于，所述弹簧的一端连接着楔口，另一端连接着滚柱。

说明书

一种具有耐电磁扰动功能的机械手末端操作器

技术领域

[0001] 本发明涉及末端操作器技术领域，特别是涉及一种具有耐电磁扰动功能的机械手末端操作器。

背景技术

[0002] 工件抓取技术中，机械手是与工件直接接触的部件，其中夹持式机械手由末端操作器和传动机构组成，由控制系统通过夹持式机械手，对工件产生夹紧力进行夹放。执行不
同的作业任务，可选用不同的末端操作器。

[0003] 在一些高温超导感应加热有关的生产应用中，机械手的操作对象通常是金属棒材胚料。对于机械手的抓取，该类工件的特征是自重较大、表面相对粗糙、同批次工件的直径
规格一致。机械手的末端操作器需要抓取并驱动工件，在强直磁场中做单向旋转运动，使工
件内部均匀地产生涡流；利用涡流损耗所产生的热量，将其加热到预期的温度；然后使工件
与末端操作器脱离，进入下一道工序。在上述高温超导感应加热的工作节拍循环序列中，机
械手的前端需要长期处于强磁场环境，循环执行工件的抓取、夹持并驱动旋转、最后脱开的
操作。

[0004] 现有的机械手末端操作器均存在径向载荷较小、高温粘结导致脱开困难、受电磁干扰影响等问题，不能满足高温超导感应加热应用的需求。因此，研制一种耐高温、抗粘结、
传递扭矩较大、夹持性能可靠、易抓取、易脱开、电磁扰动耐受性较强的机械手末端操作器
结构和实施方法，是本领域亟待解决的问题。

发明内容

[0005] 本申请的一些实施例中，提供了一种末端操作器，包括了外圈，内圈，工作腔，滚道，滚柱和弹簧，外圈内侧设置有楔口，内圈可拆卸的安装在外圈内侧，内圈内侧为工作腔，
内圈设置有开口，开口和楔口对应设置，形成滚道，滚道在内圈内侧设置有楔合口，滚道内
部设置有滚柱和弹簧，滚柱在滚道内移动，弹簧连接着滚道和滚柱，传动装置驱动末端传感
器单向转动，弹簧将滚柱推到楔合口，滚柱产生对工件具有夹持的力，工件随着末端操作器
转动，当传动装置停止时，滚柱离开楔合口，末端操作器不再夹持工件，完成了工件的夹紧
和脱开。

[0006] 本申请的一些实施例中，公开了一种末端操作器,用于夹持工件，其包括：外圈，所述外圈的内壁上设置有楔口；内圈，所述内圈上设置在外圈的内侧，且所述内圈上设置有开
口；工作腔，所述工作腔为所述内圈内侧的空腔，用于容纳工件；滚道，所述滚道为所述楔口
和所述开口构成的空腔，在内圈内壁上设置有楔合口；滚柱，所述滚柱设置在移动腔内部，
用于夹持工件；弹簧，所述弹簧设置在移动腔内部，用于缓冲活动件。

[0007] 本申请的一些实施例中，所述楔口为楔形缺口，所述开口的一端在内圈的外壁上，和楔形缺口对应设置，且所述开口的另一端延伸到所述内圈的内壁上。

[0008] 本申请的一些实施例中，所述外圈包括前端和后端，所述前端为面对所述工件的一侧，所述后端连接着传动装置。

[0009] 本申请的一些实施例中，所述外圈和所述内圈贴合连接，且内圈可拆卸，所述外圈的前端和所述内圈形成密封的端面结构。

[0010] 本申请的一些实施例中，所述滚道设置有若干个，若干个滚道之间的距离相等。

[0011] 本申请的一些实施例中，所述滚柱的结构为圆柱体，在所述移动腔中活动滚动。

[0012] 本申请的一些实施例中，所述弹簧的一端连接着楔口，另一端连接着滚柱。

[0013] 本发明提供了一种具有耐电磁扰动功能的机械手末端操作器，通过外圈套设内圈，在内部设置有滚道，滚道在内圈内侧开设有楔合口，滚道内设置有滚柱和弹簧，工件安
装在内圈内侧，在末端操作器转动时，弹簧推动滚柱在楔合口夹持工件，末端操作器停止转
动时，滚柱进入临界状态，不具有夹持力，结束末端操作器对工件的夹持，外圈和内圈面对
工件的一端是密封的端面结构，避免了电磁对末端操作器的影响，且依靠运动状态完成对
工件的夹持和脱开，简化了设备结构和工作程序，提高了工作效率。

附图说明

[0014] 图1是本发明实施例中末端操作器的结构图；

[0015] 图2是本发明实施例中末端操作器的安装图。

[0016] 图中，100、外圈；200、内圈；300、工作腔；400、滚道；410、开口；420、楔口；430、挟合口；500、滚柱；600、弹簧；700、传动装置；800、控制系统；900、磁场。

具体实施方式

[0017] 下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

[0018] 在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的
方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或
元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

[0019] 其中，在本申请中，“内”指示的方位或位置关系为基于附图，靠近物料传送设备几何中心的一侧，“外”指示的方位或位置关系为基于附图，背离物料传送设备几何中心的一
侧。

[0020] 术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含
地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或
两个以上。

[0021] 在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可
以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是
两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本
申请中的具体含义。

[0022] 在本申请的实施例中，夹取物料为铝棒，铝棒的结构为圆柱体，末端操作器的结构满足夹取圆柱体棒状结构物体的条件，夹取的物料用于在超导加热装置中加热，超导加热
装置利用强直磁场对物料进行加热，末端操作器的工作方式满足夹取圆柱棒状结构在强直
磁场中加热发的条件。

[0023] 下文是结合附图对本发明的优选的实施例说明。

[0024] 如图1和图2所示，本申请的一种末端操作器，用于夹持工件在强磁环境中加热，末端操作器和传动装置700固定连接，由传动装置700传递运动，末端操作器包括，外圈100，内
圈200，工作腔300，滚道400，滚柱500和弹簧600，其中外圈100和内圈200套设，且一端面密
封连接，外圈100的内侧设置有若干个楔口420，内圈200外侧设置有若干个开口410，内侧设
置有若干个楔合口，开口410和楔合口连通，且开口410和楔口420的尺寸，位置，数量对应设
置，楔口420和开口410对齐安装形成滚道400，即滚道400通过楔合口在内圈200内侧和外界
连通，在滚道400内部设置有滚柱500和弹簧600，滚柱500可以在滚道400内部移动，弹簧600
连接着滚柱500和滚道400。

[0025] 需要说明的是，传动装置700的运动状态由控制系统800控制，由于末端操作器和工件在工作状态时，处于强磁的环境中，而强磁的环境会对信号的传递和通信控制造成影
响，因此在控制系统800和末端操作器中间设置有传动装置700，避免了控制系统800靠近强
磁环境，对传递的信号产生影响，造成末端操作器运动状态混乱，提高了末端操作器的稳定
性。

[0026] 如图1所示，本申请的一些实施例中，外圈100为两端穿透的圆柱环，具有前端和后端，设定面对工件的一端为前端，另一端为后端，外圈100的后端和传动装置700固定连接，
外圈100的内侧还设置有楔口420，楔口420为截面为三角形的缺口，楔口420设置有若干个，
楔口420之间的距离的相等，均匀的分布在外圈100内侧。

[0027] 如图1所示，本申请的一些实施例中，内圈200为穿透两端的圆柱环，内圈200外侧的直径和外圈100内侧的直径相等，内圈200可拆卸的套设在外圈100内侧，内圈200具有前
端和后端，设定面对工件的一端为前端，另一端为后端，内圈200的前端和外圈100的前端密
封连接，得到端面结构。

[0028] 需要说明的是，末端操作器在工作状态下，需要处在强磁环境下，所以需要末端操作器具有抗强磁干扰的能力，通过将外圈100和内圈200的前端构成密封的端面结构，强直
磁场900对封闭的末端操作器的干扰就会很小，避免磁场900对末端操作器的性能产生影
响。

[0029] 如图1所示，内圈200上设置有开口410，开口410在内圈200外侧的大小和外圈100的楔口420相同，开口410设置有若干个，数量与楔口420数量相同，位置与楔口420对应设
置，当外圈100和内圈200连接时，楔口420和开口410对应设置，得到若干个腔体，即为滚道
400，滚道400在内外圈100轴向截面的形状具体：在外圈100部分为三角形截面，在内圈200
部分为倾斜的圆弧形状，倾斜的角度与楔口420三角形的较长斜边相同，滚道400在内圈200
内侧设置有楔合口，楔合口和外界连通。较长斜边的角度和圆弧倾斜的角度皆为与内圈200
相交点切线构成的角度，即为楔角。在本申请的一种实施例中，楔角的角度设置为8‑10度。

[0030] 需要说明的是，工件在强磁环境中转动，需要克服较大的扭矩，根据扭矩的大小，设定滚道400的数量，通过设置多个滚道400，保证足够大的承受力，提高末端操作器的稳定
性。

[0031] 还需要说明的是，楔角的角度保证了滚柱500的运动方式，如果楔角的角度过小，当末端操作器停止转动后，滚柱500不易从楔合口处移动到滚道400内部，导致工件不易与
滚柱500脱开，如果楔角的角度过大，在末端操作器未转动时，滚柱500在滾道内，容易发生
打滑，滑动到楔合口，影响工件与末端操作器的脱开，将楔角设定为8‑10度，保证滚柱500不
发生打滑或者脱开。

[0032] 如图1所示，在本申请的一些实施例中，滚道400内部设置有滚柱500和弹簧600，滚柱500设置为圆柱体，在滚道400内移动，滚柱500的尺寸保证在夹持状态或脱开时，滚柱500
都不与楔合口的两端边缘、以及滾道后部接触，弹簧600的一端连接滚柱500另一端连接着
滚道400中距离楔合口的最远处，用于缓冲滚柱500的移动，弹簧600的安装角度是弹簧600
与安装点处外圈100切线的角度，安装角度设置为8‑10度

[0033] 需要说明的是，滚柱500在末端操作器改变运动状态时，可能会撞到楔合口的两端或滚道400后部，产生噪音，并且多次冲撞会对滚道400造成磨损，影响滚道400的精度，减少
末端操作器的寿命，同时滚柱500在夹持状态时接触到楔合口边缘，会导致滚柱500的部分
转矩传递到楔合口上，不能有效的向工件传递夹持转矩，因此将滚柱500的尺寸的大小设置
为在夹持或脱开状态时，滚柱500不与楔合口的两端和滚道400后部接触，可以减少噪声的
产生，保证滚道400的精度，并且有效的传递扭矩。

[0034] 在本申请的一些实施例中，末端操作器的安装顺序是，首先外圈100和传动装置700固定连接，然后弹簧600安装在楔口420中，再将滚柱500安装在楔口420中，最后将内圈
200安装到外圈100内壁上，开口410和楔口420对应设置，并且对末端操作器的各工作面做
表面硬化处理。

[0035] 需要说明的是，由于滚道400的结构复杂，且为内腔结构，在制造过程中具有很大难度，将末端操作器设置为外圈100和内圈200可拆卸套设的结构，大大简化对滚道400的加
工难度，并且可拆卸的结构有利于滚柱500和弹簧600维修和更换。

[0036] 还需要说明的是，末端操作器长时间在加热环境下工作，表面硬化处理增强了工作面表面的强度，增强末端操作器的耐热性，减少了磨损，提高了对扭矩的承受能力，延长
了使用使命。

[0037] 本申请的的工作方式是，传动装置700轴向前进，将末端操作器由待机位推动到工作位，工件进入工作腔300中，传动装置700带动末端操作器单向转动，当末端操作器开始转
动后，弹簧600滚柱500在弹簧600的顶力作用下，被推向楔合口，滚柱500在楔合口处对工件
施加力，得到夹持的效果，在工件加热完成后，传动装置700停止转动，随着弹簧600对滚柱
500的推力消失，滚柱500在滚道400内处于临界状态，此时末端操作器对工件没有的夹持的
力，工件在惯性和磁场900的作用下，做减速运动，直至停止，工件停止运动后，传动装置700
轴向后退，将末端操作器由工作位退回到待机位。

[0038] 需要说明的是，末端操作器夹持工件，与工件共同在加热区域加热，末端操作器和工件之间，会发生高温粘连，而滚柱500通过线连接对工件进行夹持，可以基本不受高温粘
连的影响，满足了高温超导感应加热工序对末端操作器的高温性能需求。

[0039] 还需要说明的是，当末端操作器停止转动后，滚道400中的滚柱500处于临界状态，不接触楔合口和滚道400的后部接触，不具有驱动阻力，所以当末端操作器再一次转动时，
滚柱500会立刻驱动，具有立即驱动能力，提高了末端操作器的运行效率。

[0040] 综上，本申请提供了一种具有耐电磁扰动功能的机械手末端操作器，通过外圈100套设内圈200，在内部设置有滚道400，滚道400在内圈200内侧开设有楔合口，滚道400内设
置有滚柱500和弹簧600，工件安装在内圈200内侧，在末端操作器转动时，弹簧600推动滚柱
500在楔合口夹持工件，末端操作器停止转动时，滚柱500进入临界状态，不具有夹持力，结
束末端操作器对工件的夹持，外圈100和内圈200面对工件的一端是密封的端面结构，避免
了电磁对末端操作器的影响，且依靠运动状态完成对工件的夹持和脱开，简化了设备结构
和工作程序，提高了工作效率。

[0041] 根据本申请的第一构思，在末端操作器中设置滚道，滚道在内圈内侧开设有楔合口，滚道的结构满足滚柱在滚道内移动，且不接触楔合口和滚道后部，根据末端操作器运动
状态的不同，滚柱处在滚道内不同的位置，实现了对工件的夹持和脱开，滚柱不接触楔合口
和滚道后部，减少了噪声的产生，避免了部件冲撞造成的磨损，提高了使用寿命。

[0042] 根据本申请的第二构思，对外圈和内圈的机构进行了改进，外端和内圈面对工件的一端设置为密封的端面结构，末端操作器需要在高温超导环境下工作，强磁对密封端面
产生的影响很小，所以密封端面结构可以避免磁场对末端操作器的影响。

[0043] 根据本申请的第三构思，在控制系统和末端操作器之间设置传动装置，实现对末端操作器的控制，控制系统主要由信号传导组成，而末端操作器需要在强磁环境下作业，因
此需要设置传动装置，使控制系统和磁场之间具有一定的距离，避免了磁场对控制系统中
信号的影响，提高了控制系统的稳定性。

[0044] 根据本申请的第四构思，对末端操作器的所有工作面进行表面硬化处理，末端操作器长时间在加热环境下工作，表面硬化处理增强了工作面表面的强度，增强末端操作器
的耐热性，减少了磨损，提高了对扭矩的承受能力，延长了使用使命。

[0045] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换
也应视为本发明的保护范围。