基于导电流体的驱动装置、方法及机械臂制造方法及图纸

本公开提供了一种基于导电流体的驱动装置，包括：导电流体回路系统，包括导电流体储备箱，所述导电流体储备箱具有导电流体出口和入口，用于储备和回收导电流体；活塞液压缸，包括缸体与活塞，并且活塞液压缸内具有导电流体，所述活塞液压缸与所述导电流体回路系统连接，构成导电流体循环系统；电磁场系统，包括设置在缸体两侧的电极，以及设置在另外两侧的电磁铁，其中，电极贴合在活塞液压缸缸体的两侧，形成一个均匀恒定且可调节的电场；电磁铁，包括N极和S极，将N极和S极置于缸体外另外两侧相对，垂直于电场放置，用于产生垂直于电场的均匀磁场。该导电流体的驱动装置简化传统的机械臂驱动方式，使机械传动更为高效和简洁。

Driving device, method and mechanical arm based on conductive fluid

The present disclosure provides a driving device based on conductive fluid, including a conductive fluid loop system including a conductive fluid reserve box having a conductive fluid outlet and inlet for storing and recovering conductive fluid, a piston hydraulic cylinder including a cylinder block and a piston, and a piston hydraulic cylinder having a conductive fluid reserve box. The piston hydraulic cylinder is connected with the conductive fluid loop system to form a conductive fluid circulation system; the electromagnetic field system comprises electrodes arranged on both sides of the cylinder body and electromagnets arranged on the other two sides, wherein the electrodes are bonded on both sides of the cylinder body of the piston hydraulic cylinder to form a uniform, constant and workable cylinder. Regulated electric field; electromagnets, including N and S poles, place N and S poles opposite each other outside the cylinder block and perpendicular to the electric field to produce a uniform magnetic field perpendicular to the electric field. The driving device of the conductive fluid simplifies the traditional driving mode of the manipulator and makes the mechanical transmission more efficient and concise.

【技术实现步骤摘要】
基于导电流体的驱动装置、方法及机械臂
本公开涉及机器人机械臂关节驱动领域，尤其涉及一种利用导电流体进行驱动的装置与方法及机械臂。
技术介绍
在制造业飞速发展的今天，机器人在制造工业中变得必不可少。其中，工业机械手是能够模仿人手部的部分动作，按给定的程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统、及位置检测装置等组成。其驱动系统主要是驱动执行机构运作的动力机构，一般的驱动方式包括液压驱动、气压驱动、机械传动和电力驱动四种形式。传统的机械驱动方式中需要众多传动和减速，而液压驱动需要繁杂的液压泵和电磁阀。为了和简化传统的机械臂驱动方式，使机械传动更为高效和简洁，需要一种新的机械臂驱动方式。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本公开提供了一种基于导电流体的驱动装置、方法及机械臂，以至少部分解决以上所提出的技术问题。(二)技术方案根据本公开的一个方面，提供了一种基于导电流体的驱动装置，包括：导电流体回路系统，包括导电流体储备箱，所述导电流体储备箱具有导电流体出口和入口，用于储备和回收导电流体；活塞液压缸，包括缸体与活塞，并且活塞液压缸内具有导电流体，所述活塞液压缸与所述导电流体回路系统连接，构成导电流体循环系统；电磁场系统，包括设置在缸体两侧的电极，以及设置在另外两侧的电磁铁，其中，电极贴合在活塞液压缸缸体的两侧，形成一个均匀恒定且可调节的电场；电磁铁，包括N极和S极，将N极和S极置于缸体外另外两侧相对，垂直于电场放置，用于产生垂直于电场的均匀磁场。在本公开一些实施例中，所述活塞液压缸缸体下部开口，在推送进程，由于缸体空间变大，导电流体从开口处补充；在回转进程，活塞退回，导电流体从开口处被挤压出去。在本公开一些实施例中，所述电极为方形圆弧形状，弧形曲率与缸体一致，能够完全与缸体粘合，电极圆弧对应的中心角为90°，且对称布置，缸体上下两侧留空以供活塞运作；电磁铁宽度大于缸体的外尺寸，保证液体缸完全处于均匀磁场下。在本公开一些实施例中，所述电极连接电流控制器与电源形成回路，通过电流控制器控制施加在电极两端的电流大小。在本公开一些实施例中，所述电极采用的材料为强导电性金属；所述导电流体采用常温下易流动或为液体的液态金属、磁流体、纳米导电液或纳米金属球粉；所述活塞液压缸缸体内壁使用绝缘材质，活塞与缸体之间采用密闭橡胶进行封闭化处理。在本公开一些实施例中，所述导电流体回路系统还包括：过滤器，包括第一过滤器和第二过滤器，分别连接导电流体储备箱的出口和进口，用于过滤导电流体介质中的杂质；单向阀，连接在导电流体储备箱的出口的第一过滤器之后，用于控制导电流体在回路中的流动方向，在导电流体回路进口防止回流；节流阀，包括第一节流阀和第二节流阀，第一节流阀设置于单向阀与液压缸缸体进口之间，第二节流阀设置于液压缸缸体出口与第二过滤器之间，用于控制导电流体在回路中的速度和流量。在本公开一些实施例中，导电流体储备箱使用不与导电流体发生反应的材料制作而成。根据本公开的另一个方面，提供了一种基于导电流体的驱动方法，采用如前所述的驱动装置，该方法包括：在活塞液压缸缸体两侧施加平行电场，并利用电流控制器控制输出电流大小：在垂直于电场方向上布置均匀的磁场；导电流体在磁场与电场的作用下生成垂直于电磁场方向的安培力，导电流体顺着安培力方向流动，从而推动活塞运作。在本公开一些实施例中，所述缸体两侧添加两个电极被加电压产生电场，电流范围在0～1000A；所述电磁体通电产生垂直于电场的均匀磁场，均匀磁场的强度为0～50000Gs。根据本公开的另一个方面，提供了一种机械臂，包括如前所述的基于导电流体的驱动装置，通过该驱动装置对机械臂关节进行驱动。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本公开基于导电流体的驱动装置、方法及机械臂至少具有以下有益效果其中之一：(1)利用在电场和磁场作用实现导电流体驱动，较之传统的驱动方式，装置更为紧凑简单，作用力更加直接，省去了机械驱动的众多传动和减速，同时又没有液压驱动繁杂的液压泵和电磁阀，应用前景较广；(2)通过直接调节施加的电压或磁场从而控制作用力的大小，不需要液压驱动时的高压与高精度的电液伺服驱动系统，所以不需要高压环境，对装置的精度要求较小，大大降低了机械臂的制作成本；(3)该驱动装置可使用的工作介质范围较广，在高温乃至超高温条件下可使用液态金属，介质物性在高温条件下稳定，较之于传统的油压驱动可以耐高温，不至于失效；在低温条件下可使用纳米磁性流体，工作介质不容易冻结失效，因此，该驱动装置可以在恶劣环境下工作，适应性强。附图说明图1为本公开的一种具体实施例的利用导电流体在电磁场中驱动机械臂的系统装置示意图；图2为本公开的一种具体实施例的利用导电流体在电磁场中驱动机械臂的液压活塞缸体结构图；图3为本公开的一种具体实施例的机械臂运作系统图；图4为本公开的一种具体实施例的利用导电流体在电磁场中驱动机械臂的方法流程图。【附图中本公开实施例主要元件符号说明】1-导电流体储备箱；2-过滤器；3-单向阀；4-节流阀；5-电流控制器；6-电源；7-液压缸；701-液压缸缸体；702-传动活塞；703-电极；704-液压缸下盖；705-进口；706-出口。8-电磁铁。具体实施方式本公开提供了以导电流体为工作介质的液压电磁驱动装置，包括导电流体回路系统、电磁场系统、活塞液压缸等。所述导电流体回路系统包括导电流体储备箱、过滤器、单通阀、节流阀。其中，导电流体储备箱用于储备和回收导电流体。导电流体储备箱的材料使用不与导电流体发生反应的不锈钢或铜等制作而成，确保介质的纯净，并尽量保证回路的密闭性。过滤器包括第一过滤器和第二过滤器，分别连接导电流体储备箱的出口和进口，用于过滤导电流体介质中的杂质，确保工作介质的纯净。单向阀连接在导电流体储备箱的出口的第一过滤器之后，用于控制导电流体在回路中的流动方向，在导电流体回路进口防止回流。节流阀包括第一节流阀和第二节流阀，第一节流阀设置于单向阀与液压缸缸体进口之间，第二节流阀设置于液压缸缸体出口与第二过滤器之间，用于控制导电流体在回路中的速度和流量。所述活塞液压缸包括缸体与活塞。其中，缸体内壁使用绝缘材质，例如使用陶瓷或者钢化玻璃制成，活塞与缸体之间采用密闭橡胶进行封闭化处理，保证电流从导电流体中经过。缸体下部开口，在推送进程，由于缸体空间变大，导电流体从开口处补充；在回转进程，活塞退回，导电流体从开口处被挤压出去。活塞液压缸内有导电流体，导电流体采用常温下易流动或为液体的液态金属、磁流体、纳米导电液、纳米金属球粉等，具有较高的导电性。所述电磁场系统包括设置在缸体两侧的电极，以及设置在另外两侧的电磁铁。电极为方形圆弧形状，贴合在缸体内的两侧，并保证缸体内部光滑，形成一个均匀恒定且可调节的电场。优选地，电极为曲率与缸体一致的弧形，可完全与缸体粘合，电极圆弧对应的中心角为90°，且对称布置；缸体上下两侧留空以供活塞运作。其中，所述电极采用的材料为强导电性金属比如铜、银等，或合金材料。缸体内壁为绝缘材质。可选地，电极与缸体焊接牢靠。所述电极连接电流控制器与电源形成回路，通过电流控制器控制施加在电极两端的电流大小。可选地，所述电流控制器可以采用可变电阻。电磁铁，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于导电流体的驱动装置，包括：导电流体回路系统，包括导电流体储备箱，所述导电流体储备箱具有导电流体出口和入口，用于储备和回收导电流体；活塞液压缸，包括缸体与活塞，并且活塞液压缸内具有导电流体，所述活塞液压缸与所述导电流体回路系统连接，构成导电流体循环系统；电磁场系统，包括设置在缸体两侧的电极，以及设置在另外两侧的电磁铁，其中，电极贴合在活塞液压缸缸体的两侧，形成一个均匀恒定且可调节的电场；电磁铁，包括N极和S极，将N极和S极置于缸体外另外两侧相对，垂直于电场放置，用于产生垂直于电场的均匀磁场。

【技术特征摘要】
1.一种基于导电流体的驱动装置，包括：导电流体回路系统，包括导电流体储备箱，所述导电流体储备箱具有导电流体出口和入口，用于储备和回收导电流体；活塞液压缸，包括缸体与活塞，并且活塞液压缸内具有导电流体，所述活塞液压缸与所述导电流体回路系统连接，构成导电流体循环系统；电磁场系统，包括设置在缸体两侧的电极，以及设置在另外两侧的电磁铁，其中，电极贴合在活塞液压缸缸体的两侧，形成一个均匀恒定且可调节的电场；电磁铁，包括N极和S极，将N极和S极置于缸体外另外两侧相对，垂直于电场放置，用于产生垂直于电场的均匀磁场。2.根据权利要求1所述的驱动装置，其中，所述活塞液压缸缸体下部开口，在推送进程，由于缸体空间变大，导电流体从开口处补充；在回转进程，活塞退回，导电流体从开口处被挤压出去。3.根据权利要求1所述的驱动装置，其中，所述电极为方形圆弧形状，弧形曲率与缸体一致，能够完全与缸体粘合，电极圆弧对应的中心角为90°，且对称布置，缸体上下两侧留空以供活塞运作；电磁铁宽度大于缸体的外尺寸，保证液体缸完全处于均匀磁场下。4.根据权利要求2所述的驱动装置，其中，所述电极连接电流控制器与电源形成回路，通过电流控制器控制施加在电极两端的电流大小。5.根据权利要求1所述的驱动装置，其中，所述电极采用的材料为强导电性金属；所述导电流体采用常温下易流动或为液体的液态金属、磁流体、纳米导电液或纳米金属球粉；所述活塞液压缸缸体内壁使用绝...

【专利技术属性】
技术研发人员：王增辉，周仲凯，倪明玖，
申请(专利权)人：中国科学院大学，
类型：发明
国别省市：北京,11