基于检测电机电流变化来感知物体的自动自锁夹具

高无忌 韩莹梅 杜忠齐

摘 要：当今工厂对工件加工的产量日益增多，很多工厂会采用自动一体化设备对工件进行大量加工，而在工件加工的过程中就需要对工件进行固定，传统固定工件是通过人工方式拧紧夹具，此判断方法完全依赖人工，无法应用到自动化产线中。因此自动一体化设备对工件进行大量加工就离不开自动自锁夹具。本文研究是通过检测电机电流变化来感知物体的自动自锁夹具。通过电流的变化感知物料是否上料和夹紧，进而自动夹紧物料。为各型自动化设备提供了一个自动夹紧平台，具有通用性高、成本低、可靠性强的特点。

关键词：自动自锁;电机电流检测;执行器舱;控制器舱

引言

自动自锁夹具不仅仅局限在加工环节，随着工厂自动化水平的提高，质量部在对工件进行检验时也多采用自动化设备。因此自动自锁夹具作为自动化生产、自动化检测等自动产线的基本组成部分在市场上具有极大的需求量。

1总体结构

本文所述设备由执行器舱、控制器舱、电线组成。电线分两组，一组为电源线连接到市电端;另一组为控制线连接到流水线主机端，设备可向主机端发送电平信号也可接收主机端发来的电平信号。执行器舱由舱室和舱盖组成。其中舱室由4舱体、5固定夹、6导轨、7连杆、8齿条、9拉杆、10推杆、11直线电机、12主控盒组成。

主固定夹为设备核心部件，底部两端有圆孔内含套管，圆孔内壁安装有线圈，线圈两端通过导线连接到控制器。套管上套有压簧和圆柱磁铁，磁铁顶部安装有卡舌，卡舌外露于圆孔之外，卡舌形状与齿条齿形相配合，在卡舌斜面与齿条斜面接触时固定夹可向中心运动，当卡舌垂面与齿条垂面接触时固定夹被锁定。线圈通电后在磁场力的作用下可将磁铁孔内吸引，此时卡舌全部缩入到圆孔之内，当线圈断电后磁铁被压簧顶起使卡舌外露于圆孔之外。

2 控制逻辑

控制器内部的电流监测电路为控制器判断是否完成夹紧操作的核心部分，其目的是优化传统夹具的夹紧判断机制。电流监测电路在设备开机后实时监测流过直线电机的电流大小。当工件放置在盖板上接通电极后，控制器就判断此时有工件，控制器随即驱动直线电机推杆伸出，推杆带动主从固定夹相向运动，在主从固定夹碰触到工件后直流电机的负载会瞬间升高，电流会增大，当电流监测电路检测到电流增大到设定的某一阈值时判断工件已被夹紧，此时控制器停止向直流电机供电。当工件加工完成后，线圈通电后在磁场力的作用下可将磁铁孔内吸引，此时主固定夹卡舌吸回，在电机推杆作用下推回主固定卡夹。设备在上述机械部分的配合下实现自锁操作。

当工件放置在盖板上接通电极后，电路连接成功，电流检测电路检测到有电流变化，单片机电路接收变化信号，将信号传送到电机驱动电路，电机驱动电路控制直流电机推杆伸出，推杆带动主从固定夹相向运动。电流检测电路一直检测推动过程中电流变化，当主从固定夹碰触到工件后直流电机的负载会瞬间升高，电流会增大，当电流监测电路检测到电流增大到设定的某一阈值时判断工件已被夹紧。此时单片机电路接收到变化信号，将信号传送到电机驱动电路，控制直流电机，同时控制器停止向直流电机供电，防止驱动电机推杆继续伸出。当工件加工完成后，单片机接收信号控制电源使线圈通电，线圈在磁场力的作用下可将磁铁孔内吸引，此时主固定夹卡舌吸回，电机驱动电路控制直流电机推回主固定卡夹。

3 执行过程

将设备稳固安装在工作台上，接通电源线，再将信号线与主机相连接建立通信后，设备随即处于待机状态。待机状态下，两个电极通电、直线电机复位、两个固定夹此时处于最大开度。

当某一工件被放置到设备执行器舱盖板上后，工件将两电极接通构成回路，控制器判定此时有工件到来，向流水线主机发送电平信号以报告状态。待主机接收信号后由主机下发指令到控制器以激活设备开始进行夹紧动作。此时控制器驱动直线电机推杆伸出推动执行器舱中主固定夹向中心运动，从固定夹在连杆和拉杆的作用下也向中心运动。主固定夹下端的线圈处于未通电状态，卡舌露于圆孔之外，由于主固定夹是在向中心方向运动，此时卡舌与齿條每个齿的斜面相互接触，在压簧的作用下卡舌会沿着套管的方向做往复运动保证主从固定夹始终能够同时向中心运动。

主固定夹向中心方向运动时，电流检测电路时刻检测电流变化，当主从固定夹碰触到工件后，工件对固定夹的阻挡使得直线电机的实时功率瞬间升高，控制器内的电流监测电路检测到电流的升高过程，当电流值升高到预先设定的域值时，控制器即刻判定工件已被夹紧并切断直线电机的电源，此时由于工件对固定夹的反向作用力使得主固定夹底端的卡舌垂面与齿条齿的垂面相互接触，使得主从固定夹无法后退，此刻设备就完成了夹紧与自锁操作。控制器向主机发送电平信号告诉主机工件已夹紧自锁。

待主机控制自动流水线的其他设备对工件进行相应操作后，再由主机发送指令到所述设备的控制器，命令设备松开工件。当控制器收到指令后，向主固定夹底部的线圈通电，产生的磁场与磁铁磁极相异从而将磁铁向内吸引，磁铁向内运动使得卡舌全部缩回到圆孔内。待卡舌全部缩回到圆孔内后（此过程约为200ms）控制器驱动直线电机的推杆撤回，带动主从固定夹相两边运动直至预定位置，此刻设备完成解锁与松开操作。带工件被拿走后电极回路又处于断路状态，控制器向主机发送信号，主机计数器加1，完成计数操作。设备回到初始状态，等待下一个工件到来重复上述操作。

总结

本文为各种自动化加工工件设备提供了一个自动夹紧平台，通过检测电机电流变化感知物体的自动自锁夹具。感知和完成对工件的夹紧与释放动作。相对于传统装置在夹持的过程中不具备自锁功能，容易导致工件的松动，影响装置的使用，且传统的夹具在使用的过程中需要使用者手动转动夹具的动力机构进行夹取，使用较为不便，效率低下，可靠性差。本文重在解决当前夹紧具由于机械与电子设计分离而造成适用性不强的问题。研究所述设备具有机械与电子一体化设计的特点，同时兼备通用性强，成本低廉，可靠性高等特点。

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（1.成都理工大学 四川 成都  610059;2.襄阳精鑫电子设备制造有限公司 湖北 襄阳 441104）