(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210420157.4 (22)申请日 2022.04.21 (71)申请人 华中科技大 学 地址 430074 湖北省武汉市洪山区珞喻路 1037号 (72)发明人 曹全梁　孙宇轩　文昊　刘锐奇　 巨雨薇　韩小涛　李亮　 (74)专利代理 机构 武汉华之喻知识产权代理有 限公司 42 267 专利代理师 邓彦彦　廖盈春 (51)Int.Cl. B25J 15/02(2006.01) B25J 9/16(2006.01) (54)发明名称 一种基于混合磁场 的抓取机器人驱动装置 及方法 (57)摘要 本发明提供一种基于混合磁场 的抓取机器 人驱动装置及方法， 包括： 永磁体驱动单元、 电磁 线圈驱动单元和固定构件， 永磁体驱动单元为单 永磁体， 电磁线圈驱动单元包括电磁线圈； 固定 构件将抓取机器人和永磁体驱动单元固定， 使两 者的中心处于同一轴线且保持相对距离不变。 工 作时， 抓取机器人在永磁体驱动单元所产生的恒 定磁场下保持闭合状态， 通过控制电源装置对电 磁线圈输入 可控的电压波形， 灵活地控制抓取机 器人的开合状态、 幅度以及速度。 在永磁体恒定 磁场的作用下， 抓取机器人始终保持闭合状态， 以包裹物体， 而无需连续的能量输入。 通过控制 电磁线圈的电流， 使抓取机器人在紧握/释放状 态之间进行切换， 从而可以灵活地实现物体抓取 和释放的功能。 权利要求书2页 说明书9页 附图4页 CN 114654489 A 2022.06.24 CN 114654489 A 1.一种基于混合磁场的抓取机器人驱动装置， 其特征在于， 包括： 永磁体驱动单元、 电 磁线圈驱动单 元以及固定构件； 所述固定构件用于将待驱动的单个抓取机器人和永磁体驱动单元固定， 使两者的中心 处于同一轴线且保持相对距离不变； 所述永磁体驱动单元和抓取机器人置于待抓取物体所 在平面上方， 电磁线圈驱动单元置于待抓取物体所在平面下方； 所述抓取机器人包括中心 对称的多条手臂； 所述永磁 体驱动单 元包括一个永磁 体； 所述抓取机器人位于永磁 体正下方； 所述电磁线圈驱动单 元包括： 电磁线圈； 初始时刻， 在永磁体所产生的恒定磁场的作用下， 所述抓取机器人的手臂处于 闭合状 态； 在抓取过程中， 向电磁线圈内输入 预设方向的电流， 在抓取机器人所在区域产生与所述 永磁体磁场方向相反的脉冲磁场， 从而在抓取机器人所在区域产生中心发散的混合磁场， 控制抓取机器人 的手臂从 闭合状态转为开放状态， 并通过控制电流的增大或减小， 以及控 制电流增大或者减小的速率和幅值控制手臂 开放或者闭合的速度和程度， 以实现对物体的 灵活抓取和释放。 2.根据权利要求1所述的驱动装置， 其特 征在于， 还 包括： 机械传动装置； 所述机械传动装置用于传动固定构件、 永磁 体驱动单 元以及抓取机器人； 在初始状态， 机 械传动装置控制抓取机器人 悬空， 此时手臂处于闭合状态； 需要对物体抓取时， 机械传动装置带动 抓取机器人和永磁体驱动单元运动到待抓物体 正上方， 之后向电磁线圈内输入预设方向和预设幅值的电流， 使得抓取机器人所在区域内 产生与所述永磁体磁场方向相反的磁场， 以控制抓取机器人 的手臂打开预设角度， 以适应 不同尺寸的待抓取物体； 通过机械传动装置控制抓取机器人继续向物体移动， 直至抓取机 器人完全覆盖物体后， 以预设速率减小电磁线圈的输入电流， 从而实现抓取机器人柔性抓 取动作， 避免物体受到挤压或损伤； 抓取到物体后， 机械传动装置控制抓取机器人远离物体所在平面， 在远离物体所在平 面的过程中， 抓取机器人仅依靠永磁 体所产生的恒定磁场实现对物体的包裹。 3.根据权利要求2所述的驱动装置， 其特征在于， 当需要将抓取的物体放置到预设位置 时， 机械传动装置控制抓取机器人移动到预设位置时， 向在预设位置下方预先放置的电磁 线圈输入预设方向和预设幅值的电流， 使得抓取机器人所在区域内产生与所述永磁体磁场 方向相反的脉冲磁场， 从而在抓取机器人所在区域产生中心发散的混合磁场， 控制抓取机 器人的手臂打开预设角度， 进而将物体放置到预设位置处， 之后机械传动装置控制抓取机 器人远离物体， 直至抓取机器人远离物体预设距离后， 关闭电磁线圈的输入电流。 4.根据权利要求1至3任一项所述的驱动装置， 其特征在于， 所述抓取机器人的多条手 臂被预先磁化， 磁化特性为： 靠近中心区域的臂前端被径向磁化， 远离中心区域的臂末端被 轴向磁化； 所述永磁 体的两磁极沿轴向分布； 所述电磁线圈产生的脉冲磁场方向为轴向。 5.根据权利要求4所述的驱动装置， 其特征在于， 当抓取机器人臂前端径向磁化方向是 延中心向外发散， 臂末端轴向磁化方向是竖直向上时， 永磁体的N极朝下， 电磁线圈产生的 脉冲磁场竖直向上；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114654489 A 2当抓取机器人臂前端径向磁化方向是向中心聚拢， 臂末端轴向磁化方向是竖直向下 时， 永磁体的S极朝下， 电磁线圈产生的脉冲磁场竖直向下。 6.一种基于混合磁场的抓取机器人驱动方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： 将待驱动的单个抓取机器人和永磁体 固定， 使两者的中心处于同一轴 线且保持相对距 离不变； 将永磁体和抓取机器人置于待抓取物体所在平面上方， 以及将电磁线圈置于待抓取物 体所在平面下 方； 所述抓取机器人包括中心对称的多条手臂； 初始时刻， 在永磁体所产生的恒定磁场的作用下， 所述抓取机器人的手臂处于 闭合状 态； 在抓取过程中， 向电磁线圈内输入 预设方向的电流， 使得抓取机器人所在区域内产生与 所述永磁体磁场方向相反的脉冲磁场， 从而在抓取机器人所在区域产生中心发散的混合磁 场， 控制抓取机器人的手臂从闭合状态转 为开放状态； 通过控制电流的增大或减小， 以及控制电流增大或者减小的速率和幅值控制手臂开放 或者闭合的速度和程度， 以实现对物体的灵活抓取和释放。 7.根据权利要求6所述的驱动方法， 其特 征在于， 还 包括如下步骤： 在初始状态， 控制抓取机器人 悬空， 此时手臂处于闭合状态； 需要对物体抓取时， 带动抓取机器人和永磁体运动到待抓物体正上方， 之后向电磁线 圈内输入预设方向和预设幅值的电流， 使得抓取机器人所在区域内产生与所述永磁体磁场 方向相反的磁场， 以控制抓取机器人的手臂打开预设角度， 以适应不同尺寸的待抓取物体； 控制抓取机器人继续向物体移动， 直至抓取机器人完全覆盖物体后， 以预设速率减小 电磁线圈的输入电流， 从而实现抓取机器人柔 性抓取动作， 避免物体受到挤压或损伤； 抓取到物体后， 控制抓取机器人远离物体所在平面， 在远离物体所在平面的过程中， 抓 取机器人仅依靠永磁 体所产生的恒定磁场实现对物体的包裹。 8.根据权利要求7 所述的驱动方法， 其特 征在于， 还 包括如下步骤： 当需要将抓取的物体放置到预设位置时， 控制抓取机器人移动到预设位置时， 向在预 设位置下方预先放置的电磁线圈输入预设方向和预设幅值的电流， 使得抓取机器人所在区 域内产生与所述永磁体磁场方向相反的脉冲磁场， 从而在抓取机器人所在区域产生中心发 散的混合磁场， 控制抓取机器人的手臂打开预设角度， 进而将物体放置到预设位置处， 之后 控制抓取机器人远离物体， 直至抓取机器人远离物体预设距离后， 关闭电磁线圈的输入电 流。 9.根据权利要求6至8任一项所述的驱动方法， 其特征在于， 所述抓取机器人的多条手 臂被预先磁化， 磁化特性为： 靠近中心区域的臂前端被径向磁化， 远离中心区域的臂末端被 轴向磁化； 所述永磁 体的两磁极沿轴向分布； 所述电磁线圈产生的脉冲磁场方向为轴向。 10.根据权利要求9所述的驱动方法， 其特征在于， 当抓取机器人臂前端径向磁化方向 是延中心向外发散， 臂末端轴向磁化方向是竖直向上时， 永磁体的N极朝下， 电磁线圈产生 的脉冲磁场竖直向上； 当抓取机器人臂前端径向磁化方向是向中心聚拢， 臂末端轴向磁化方向是竖直向下 时， 永磁体的S极朝下， 电磁线圈产生的脉冲磁场竖直向下。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114654489 A 3