一种基于磁流变的可控变刚度腿制造技术

本发明专利技术公开了一种基于磁流变的可控变刚度腿，包括磁流变阻尼模块，连接带，一对腿部支撑杆，一对足部支撑杆及若干连接、紧固件；磁流变阻尼模块与两个腿部支撑杆左右对称连接；两个扭簧左右对称安装在磁流变阻尼模块与腿部支撑杆之间，扭簧两端分别与磁流变阻尼模块端盖及腿部支撑杆相连接；两个足部支撑杆与两个腿部支撑杆通过中心杆连接，足部支撑杆可相对腿部支撑杆转动；连接带一端缠绕在磁流变阻尼模块上；连接带另一端与足部支撑杆一端连接。本发明专利技术解决了腿部装置在行进过程中刚度单一，地面适应范围窄的问题，机构简单，控制策略简单，响应速度快，并且可以实现刚度的连续有效变化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及智能机器人
，具体涉及一种基于磁流变液的变刚度腿。
技术介绍
在自然界中，动物在奔跑时，腿的刚度可以根据地面的刚度来自动进行调节，使腿在不同的地面上都能保持相似的力学特性。这个优势也使得真实世界中的动物能够在更加广泛的地面上活动。近几年来，变刚度腿的研究也吸引着国内外很多的学者，在这些变刚度腿的设计中，都是单纯的采用机械结构来实现刚度变化，机械结构复杂，而且需要提供额外的动力实现变刚度的功能。磁流变液是一种智能材料，通过施加不同强度的磁场，能够快速有效的对磁场做出反应，因此，通过巧妙的机构设计可以对磁流变液的宏观剪切力实现快速、连续、有效的控制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于通过使用一个电机，结合磁流变液的特性实现行走装置的变刚度目的，设计结构简洁、有效，实现了对刚度的实时、有效控制，将传统的机构设计和智能材料相结合，提供一种变刚度腿机构设计的新想法。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的:一种基于磁流变的可控变刚度腿，包括磁流变阻尼模块、一个连接带、一对腿部支撑杆、一对足部支撑杆、一对扭簧、中心杆以及两个连接杆，其中:磁流变液阻尼模块与两个腿部支撑杆左右对称连接；两个扭簧左右对称安装在磁流变阻尼模块与腿部支撑杆之间，扭簧两端分别与磁流变阻尼装置端盖及腿部支撑杆相连接；两个足部支撑杆与两个腿部支撑杆通过中心杆连接，足部支撑杆可相对腿部支撑杆转动；两个足部支撑杆两端通过连接杆8将两个足部支撑杆连接为一体；连接带一端缠绕在磁流变液阻尼模块上，连接带另一端与足部支撑杆一端连接。其中，磁流变阻尼模块具体为旋转式磁流变阻尼器。其中，变刚度腿中包含一个由足部支撑杆和中心杆组成的，以中心杆为支撑点的杠杆装置。其中，通过调控磁流变阻尼模块阻尼力及连接带的伸长来改变整个腿的刚度。其中，变刚度腿为左右对称结构。其中，在变刚度腿骨架上可以安装刚性或柔性的包覆。其中，安装的连接带的长度可以根据具体的要求更换。其中，磁流变阻尼模块由内部的阀芯，外部套筒，两端密封端盖，励磁线圈，右支撑杆，左支撑杆，ο型密封圈，轴用密封圈和磁流变液组成，阀芯与右支撑杆通过螺纹连接，由右支撑杆轴肩定位，左支撑杆为空心杆，内部攻有螺纹，通过螺纹与右支撑杆连接，左支撑杆一端与阀芯面接触，另一端通过安装在右支撑杆上的弹簧垫圈和螺母紧固，防止右支撑杆轴向移动，以此将阀芯与左、右两支撑杆锁死成为一体，将漆包线以阀芯中部细轴为中心按一定方向缠绕，并通过阀芯内所开的小孔及右支撑轴中的小孔将两线端引出，形成可通入电流的励磁线圈，右支撑杆上安装端盖，端盖与套筒螺纹连接，同样，在左支撑杆上安装端盖，通过套筒左侧内螺纹和套筒连接，套筒中间开有小孔，将磁流变液通过注射器注入由左、右支撑杆、套筒、端盖、励磁线圈及阀芯形成的空腔里，然后堵住小孔，端盖上设置有套筒与端盖间的O型密封圈和支撑杆与端盖的轴用密封圈，防止套筒旋转过程中有磁流变液泄漏，左右腿部支撑杆一端开有与左右支撑杆轴径相同的孔，将腿部支撑杆分别套合在左、右支撑杆上，在左、右支撑杆及腿部支撑杆上开有小孔，通过螺钉将两者固定，在腿部支撑杆及端盖之间放置扭簧，扭簧一端与腿部支撑杆相连，另一端与端盖相连，使得变刚度腿在每次起步前，磁流变阻尼装置均能回到其初始状态，腿部支撑杆的另一端与中心杆相连接，中心杆安装螺母防止腿部支撑杆的轴向移动，足部支撑杆通过中心杆安装在腿部支撑杆内侧，两端通过连接杆将左右足部支撑杆连接为一体，通过螺母固定，在足部支撑杆近磁流变阻尼模块一端的连接杆上连接连接带，连接带另一端缠绕在套筒上，由此形成了一个可以通过输入控制电流来控制连接带伸长率的变刚度腿装置。本专利技术的原理在于:本专利技术提供的一种基于磁流变液的可变刚度腿包括磁流变阻尼模块，连接带、扭簧、腿部支撑杆、连接杆、足部支撑杆，设计具有左右对称性。其中，磁流变阻尼模块是由高磁导率的阀芯及套筒，磁流变液，漆包线，低磁导率左、右支撑杆及密封端盖组成。左右支撑杆通过螺纹连接及螺母固定形成一个整体的支撑杆，漆包线缠绕在阀芯中部形成励磁线圈，线圈两端通过阀芯及活塞杆中的小孔引出，将阀芯置于套筒中，磁流变液充满阀芯与套筒之间，并通过两端密封端盖将其密封在封闭环境中，防止磁流变液的泄露，阀芯、套筒及端盖均由支撑杆支撑及定位。将支撑杆中引出的漆包线端通入相应的电流，阀芯与套筒间形成一定的磁场，电流越大，磁感应强度越大，直至饱和，磁流变液受到磁场作用，在阀芯与套筒间的磁流变液中的导磁颗粒形成链状，阻止了套筒与阀芯的相对转动，从而形成一定的阻力矩。将磁流变阻尼模块中伸出的支撑杆与腿部支撑杆相固接，腿部支撑杆末端通过中心杆与足部触地杆中部孔相连接，触地杆一端与地面接触，另一端则由连接带与套筒相连接，由套筒的旋转运动来控制连接带的伸长，从而使得磁流变阻尼装置与连接带形成一个刚度可调装置，将腿部支撑杆与旋转套筒通过扭簧连接保持其空载时回到初始状态，从而形成完整的变刚度腿。本专利技术的优点及积极效果为:1、本专利技术通过控制励磁线圈电流大小来实现刚度的连续、有效变化，控制策略简单、方便、快捷，实现了行走装置的半主动控制；2、本专利技术应用磁流变液和机械结构的相结合，设计新颖，简化了传统变刚度腿设计的机械结构，零件简单，易于更换。【附图说明】图1a为本专利技术一种基于磁流变的可控变刚度腿的结构正视图；图1b为本专利技术一种基于磁流变的可控变刚度腿的结构侧视图；图2为本专利技术磁流变阻尼模块部分剖视图；图3为本专利技术一种基于磁流变的可控变刚度腿行进过程中变刚度的实现原理图；其中：1为套筒，2为连接带，3为扭簧，4为右支撑杆，5为腿部支撑杆，6为中心杆，7为足部支撑杆，8为连接杆，9为端盖，10为左支撑杆，11为o型密封圈，12为磁流变液，13为电磁线圈，14为轴用密封圈，15为阀芯。【具体实施方式】下面结合附图对本专利技术做进一步详述。如图la所示，本专利技术的一种基于磁流变液的可控变刚度腿，由磁流变阻尼模块(如图2剖视图），左右两个扭簧3，腿部支撑杆5，足部支撑杆7，中心杆6，连接杆8，连接带2及若干垫片、螺母（未画出）组成。如图3剖视图所示，磁流变阻尼模块由内部的阀芯15，外部套筒1，两端密封端盖9，励磁线圈13，右支撑杆4，左支撑杆10，o型密封圈11、轴用密封圈14和磁流变液12组成。阀芯15与右支撑杆4通过螺纹连接，由右支撑杆轴间定位，左支撑杆10为空心杆，内部攻有螺纹，通过螺纹与右支撑杆4连接，左支撑杆10 —端与阀芯面接触，另一端通过安装在当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于磁流变的可控变刚度腿，其特征在于：包括磁流变阻尼模块、一个连接带、一对腿部支撑杆、一对足部支撑杆、一对扭簧、中心杆以及两个连接杆，其中：磁流变阻尼模块与两个腿部支撑杆左右对称连接；两个扭簧左右对称安装在磁流变阻尼模块与腿部支撑杆之间，扭簧两端分别与磁流变阻尼装置端盖及腿部支撑杆相连接；两个足部支撑杆与两个腿部支撑杆通过中心杆连接，足部支撑杆可相对腿部支撑杆转动；两个足部支撑杆两端通过连接杆(8)将两个足部支撑杆连接为一体；连接带一端缠绕在磁流变液阻尼模块上，连接带另一端与足部支撑杆一端连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张世武，蒋楠，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34