(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 202210419935.8 (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　李亮　韩小涛　 (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 一种阵列抓取机 器人的磁驱动装置及方法 (57)摘要 本发明提供一种阵列抓取机器人的磁驱动 装置及方法， 包括永磁体阵列、 电磁线圈和固定 构件， 用于驱动阵列抓取机器人。 该装置工作时， 磁性抓取机器人在永磁体阵列所产生的恒定混 合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、 速度以及幅度。 该装置结合永 磁体和电磁线圈的驱动优势， 利用高能量密度的 永磁体， 可以轻松实现与自动机械装置的轻量化 集成。 通过永磁体阵列代替单个永磁体， 可以同 步实现多个抓取机器人多模态驱动， 针对性地运 输具有不同物理特征的单个物体， 又可以具有选 择性地操作多个物体， 在工业级大规模操作中显 著提高抓取 ‑释放效率。 权利要求书3页 说明书10页 附图3页 CN 114654488 A 2022.06.24 CN 114654488 A 1.一种阵列抓取机器人的磁驱动装置， 其特征在于， 包括： 包括： N个永磁体、 电磁线圈 以及N个固定构件， N 为大于1的整数； 待驱动的阵列抓取机器人包括： N个抓取机器人， 每个抓取机器人包括中心对称的多条 手臂； 第k个固定构件用于将第k个抓取机器人和第k个永磁体固定， 使两者的中心处于同一 轴线且保持相对距离不变， 1≦k≦N， k为整 数； 所述N个永磁体和N个抓取机器人置于待抓取 物体所在平面上 方， 电磁线圈置 于待抓物体所在平面下 方； 所述待抓物体所在平面上设置有N个待抓物区域， 每个区域内可放置一个待抓取物体， 所述N个待抓物区域的位置分布与N个抓取机器人的位置分布一 一对应； 初始时刻， 在永磁体阵列所产生的复合恒定磁场作用下， 各个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N个抓取机器人所在区域产生脉 冲磁场， 电磁线圈所产生的脉冲磁场与永磁体阵列所产生的复合恒定磁场相互作用， 通过 改变电磁线圈所产生脉冲磁场的方向， 可以局部改变在N个抓取机器人所在区域的复合磁 场， 从而控制每 个抓取机器人的抓取或者闭合； 当所述脉冲磁场作用 在第k个抓取机器人所在区域的磁场方向与第k个永磁体作用 在 第k个抓取机器人所在区域的磁场方向相反时， 第k个抓取机器人所在区域产生中心发散的 混合磁场， 控制第k个抓取机器人从闭合状态转为开放状态， 并通过控制电流增大的速率和 幅值控制第k个抓取机器人手臂开放的速度和程度， 以实现对物体的灵活抓取或释放； 当所 述脉冲磁场作用在第s个抓取机器人所在区域的磁场方向与第s个永磁体作用在第k个抓取 机器人所在区域的磁场方向相同时， 第s个抓取机器人手臂保持闭合； 1≦s≦N， s为整数； 通过控制N个永磁体的磁场方向， 若N个永磁体的磁场方向均相同， 则所述磁驱动装置 通过向脉冲线圈输入电流实现对N个抓取机器人 的同步控制， 实现阵列抓取机器人 的同步 抓取或释放； 若N个永磁体的磁场方向一部分相同， 另一部分相反， 则所述磁驱动装置通过 向脉冲线圈输入电流实现对N个抓取机器人 的选择性控制， 实现阵列抓取机器人 的选择性 抓取或释放。 2.根据权利要求1所述的阵列抓取机器人的磁驱动装置， 其特征在于， 所述N个永磁体 呈中心对称分布， 所述 N个永磁体所产生的混合磁场中心对称均匀分布。 3.根据权利要求2所述的阵列抓取机器人的磁驱动装置， 其特征在于， 当N个永磁体的 磁场方向一部 分相同， 另一部 分相反时， 若N个永磁体的尺寸和剩磁均一致， 则N个永磁体中 两种不同朝向的永磁 体数量相同且呈中心对称分布。 4.根据权利要求2所述的阵列抓取机器人的磁驱动装置， 其特征在于， 当N个永磁体的 磁场方向一部 分相同， 另一部 分相反时， 若N个永磁体的尺寸不一致， 有1个大尺寸永磁体和 N‑1个相同小尺寸永磁体， 则大尺寸永磁体置于中间， N ‑1个小永磁体围绕大永磁体中心对 称排布。 5.根据权利要求1所述的阵列抓取机器人的磁驱动装置， 其特征在于， 当N个永磁体的 磁场方向一部 分相同， 另一部 分相反时， 向脉冲线圈输入第一方向的电流， 以在阵列抓取机 器人所在区域内产生第一脉冲磁场， 控制一部分抓取机器人 由闭合状态转变为打开状态， 另一部分抓取机器人保持 闭合状态； 随后向脉冲线圈输入第二方向的电流， 以在阵列抓取 机器人所在区域内产生第二脉冲磁场， 控制所述另一部 分抓取机器人由闭合状态转变为打权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114654488 A 2开状态， 所述 一部分抓取机器人保持闭合状态； 第一脉冲磁场方向与 所述一部分抓取机器人对应的各个永磁体磁场方向相反， 第 二脉 冲磁场方向与所述另一部分抓取机器人对应的各个永磁体磁场方向相反； 所述第一脉冲磁 场与第二脉冲磁场反向。 6.根据权利要求1所述的阵列抓取机器人的磁驱动装置， 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N个固定构件、 N个永磁 体以及阵列抓取机器人； 在初始状态， 机械传动装置控制阵列抓取机器人悬空， 此时每个抓取机器人的手臂处 于闭合状态； 需要对物体抓取时， 机械传动装置带动阵列抓取机器人和N个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， 使得阵列抓取机器人所在区 域内产生与部 分永磁体磁场方向相反的磁场， 以控制所述部分永磁体对应的部 分抓取机器 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 部分抓取 机器人继续向物体移动， 直至部分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， 从而实现部分抓取机器人的柔 性抓取动作， 避免物体受到挤压或损伤； 部分抓取机器人抓取到物体后， 机械传动装置控制部分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， 部分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。 7.根据权利要求6所述的阵列抓取机器人的磁驱动装置， 其特征在于， 当需要将抓取的 物体放置到预设位置时， 机械传动装置控制阵列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， 使得阵列抓取机器人所在 区域内产生与部分永磁体磁场方向相反的脉冲磁场， 从而在部 分抓取机器人所在区域产生 中心发散的混合磁场， 控制 部分抓取机器人 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阵列抓取机器人远离物体， 直至阵列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。 8.根据权利要求1至7任一项所述的阵列抓取机器人的磁驱动装置， 其特征在于， 每个 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； 每个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。 9.一种阵列抓取机器人的磁驱动方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： 确定永磁体 阵列和待驱动的阵列抓取机器人； 所述永磁体阵列包括： N个永磁体， 所述 阵列抓取机器人包括： N个抓取机器人， 每 个抓取机器人包括中心对称的多条手臂； 将第k个抓取机器人和第 k个永磁体固定， 使两者的中心处于同一轴 线且保持相对距离 不变， 1≦k≦N， k 为整数； 所述 N个永磁体和N个抓取机器人置 于待抓取物体所在平面上 方； 确定置于待抓物体所在平面下 方的电磁线圈； 在所述待抓物体所在平面上设置N个待抓物区域， 每个区域内可放置一个待抓取物体， 所述N个待抓物区域的位置分布与N个抓取机器人的位置分布一 一对应； 初始时刻， 在永磁体阵列所产生的复合恒定磁场作用下， 各个抓取机器人的手臂处于权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114654488 A 3