一种基于磁流变液的机器人柔顺关节混合励磁偶合器制造技术

一种基于磁流变液的机器人柔顺关节混合励磁偶合器，输入轴安装在左端盖上，输出轴安装在右端盖上，主动盘的各个主动盘片径向排列间隔安装在挡圈上，伸入左端盖内侧的输入轴与最靠近左端盖的主动盘片固定连接；被动盘的各个被动盘片径向并排布置在输出轴上，主动盘片与被动盘片之间错位布置且相互之间有转动间隙，磁流变液位于转动间隙之中，转动间隙形成的腔体采用油封进行动密封；左端盖与右端盖之间设置磁轭和隔磁环，隔磁环、左端盖和右端盖组成转子容腔，主动盘、被动盘均位于转子容腔内，隔磁环与磁轭之间安装用以改变转子容腔内磁场强度的励磁线圈；永磁体分别安装在左端盖和右端盖上。本实用新型专利技术提高了柔性机器人的安全性。

A hybrid excitation coupling of robot flexible joint based on MR fluid

【技术实现步骤摘要】
一种基于磁流变液的机器人柔顺关节混合励磁偶合器
本技术涉及机器人领域，具体地说，是一种基于磁流变液的机器人柔顺关节混合励磁偶合器。
技术介绍
随着机器人智能感知与控制技术的不断发展，智能机器人逐渐成为人类的工作伙伴，在工业生产、人类生活服务、医疗手术、康复辅助、农业采摘等领域得到了广泛的应用。尤其是关节型串联机器人，由于其拥有显著的优势，在很大程度上代替人类完成了很多可结构化环境中固定流程的工作，特别是在恶劣危险的环境下，机器人可以代替人类完成大部分危险而且枯燥的工作，减轻了人类的劳动强度，改善了人类的作业条件。近年来，研究人员已不再满足于可结构化环境中关节型串联机器人的固定流程作业应用，不断尝试着把关节型串联机器人应用于多机协同、人机协作等，这对环境感知、智能控制等技术提出了更高的要求，尤其是对机器人的本质安全性设计提出了更高的要求。传统关节型串联机械手的关节主要由电机、减速机组成，刚性的传动部件为高效、精确的位置控制提供了良好的条件，但在安全性和适应性方面有着明显不足，由于存在刚性冲击，从而无法充分保障机械手在多机协同、人机协作应用时的接触安全，设计开发具有传动刚度自适应能力的机器人柔顺关节，并基于此关节集成开发柔性机器人成为弥补这种不足的有效方式之一。磁流变液是一种智能材料，具有良好的磁致相变特性。无外加磁场作用时，表现为牛顿流体；而在外加磁场作用下，瞬间由自由流动的牛顿流体变为类固态的黏塑性体，呈现可控的剪切屈服强度，而且这种转变过程是可控、可逆、瞬时响应的。将磁流变液应用于机器人的传动关节，通过改变外加磁场的强度，使机器人的传动关节具有柔顺性，能够实现柔性与刚性的灵活转换，从而使基于此关节的机器人产品在多机协同、人机协作以及易损对象操作时具有更好的安全性。
技术实现思路
本技术提出了一种基于磁流变液的机器人柔顺关节混合励磁偶合器，将磁流变液填充于多层主、从动盘片交叉排列组成的密封容腔中，通过永磁体和电磁线圈组成的混合励磁模块产生可控、可调的外加磁场，实现偶合器主、从传动部件的柔顺偶合效应。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于磁流变液的机器人柔顺关节混合励磁偶合器，所述混合励磁偶合器包括输入轴、励磁线圈、永磁体、隔磁环、主动盘、被动盘、输出轴、磁轭、磁流变液、左端盖和右端盖，所述输入轴安装在左端盖上，所述输出轴安装在右端盖上，所述主动盘的各个主动盘片径向排列间隔安装在挡圈上，伸入所述左端盖内侧的输入轴与最靠近左端盖的主动盘片固定连接；所述被动盘的各个被动盘片径向并排布置在输出轴上，所述主动盘片与被动盘片之间错位布置且相互之间有转动间隙，磁流变液位于所述转动间隙之中，所述转动间隙形成的腔体采用油封进行动密封；所述左端盖与右端盖之间设置磁轭和隔磁环，所述隔磁环、左端盖和右端盖组成转子容腔，所述主动盘、被动盘均位于转子容腔内，所述隔磁环与磁轭之间安装用以改变转子容腔内磁场强度的励磁线圈，所述永磁体分别安装在左端盖和右端盖上。进一步，所述主动盘包括4个主动盘片，所述被动盘包括3个被动盘片。再进一步，所述输出轴与最靠近右端盖的主动盘片之间安装向心推力轴承。所述输入轴与主动盘片通过内六角沉头螺钉连接，所述输入轴与左端盖通过深沟球轴承连接。所述输出轴与右端盖通过双轴承连接，所述轴承为深沟球轴承。所述挡圈与主动盘片之间采用了垫片进行密封，并用长螺栓锁紧。所述被动盘片通过键径向固定在输出轴上，最外层的被动盘片用轴端挡圈进行轴向固定。所述磁轭通过内六角沉头螺钉安装于左端盖和右端盖之间。所述磁轭是磁力线在电磁线圈外部的通路。本技术的技术构思为：混合励磁偶合器由输入轴、左右端盖、主动盘、被动盘、输出轴、轴承、隔磁环、电磁线圈、永磁体、磁轭、磁流变液等组成。输入轴的一端连接动力输出机构中的联轴器及减速器，另一端连接主动盘片，并将减速器的输出传递至主动盘片。混合励磁偶合器采用多盘式结构，主动盘片与被动盘片之间并不直接接触，间隙部分充以磁流变液，隔磁环外侧布置电磁线圈。被动轴一端安装被动盘片，另一端与前杆下端的动力输出机构连接。施加于磁流变液的外磁场由电磁线圈和永磁体共同提供，电磁场的磁通与永磁体的磁通在磁流变液的工作环境中进行矢量运算，达到混合励磁的效果。当总磁场强度为零时，磁流变液呈现牛顿流体，主从动盘片之间失去连接，混合励磁偶合器不能传递扭矩；当总磁场强度不为零时，磁流变液由牛顿流体向黏塑性体转变，从而发挥剪切传动作用。本技术的有益效果主要表现在：混合液励磁控制器可以实现变刚度传动，使集成了该柔顺关节的柔性机器人具有很好的柔顺特性，为多机协同、人机协作以及易损对象的安全提供了充足的保障。同时，电磁与永磁相结合的混合励磁方式相较于电磁线圈单一励磁方式，使得偶合器在工作时功耗更低，使得偶合器在不工作时也可以保持合适的静态位姿，进一步提高了柔性机器人的安全性。附图说明图1是本技术的基于磁流变液的机器人柔顺关节混合励磁偶合器示意图。图2是本技术的整体结构示意图。图3是本技术的永磁体示意图。图中：1—前杆，2—轴承座，3—圆锥滚子轴承，4—前联轴器，5—后杆，6—混合励磁偶合器，7—后联轴器，8—减速器，9—伺服电机，10—端盖，11—输入轴，12—轴端挡圈，13—深沟球轴承，14—轴端挡圈，15—主动盘片，16—永磁体，17—被动盘片，18—左端盖，19—隔磁环，20—挡圈，21—主动盘片，22—磁轭，23—励磁线圈，24—右端盖，25—垫片，26—主动盘片，27—油封，28—向心推力轴承，29—深沟球轴承，30—输出轴，31—主动盘片、32—被动盘片，33—被动盘片，34—永磁体。具体实施方式下面结合附图对本技术作进一步描述。参照图1～图3，一种基于磁流变液的机器人柔顺关节混合励磁偶合器，所述混合励磁偶合器包括输入轴11、励磁线圈23、隔磁环19、主动盘(包括主动盘片15，21，26，31)、被动盘(包括被动盘片17，32，33)、挡圈20、轴承(13，28，29)、输出轴30、磁轭22、磁流变液、左端盖18和右端盖24，所述被动盘片和主动盘片相互之间有转动间隙，磁流变液在所述转动间隙处工作，传递扭矩带动被动盘片的旋转，因此在腔体内采用油封27进行动密封。所述输入轴11与主动盘通过内六角沉头螺钉连接，所述主动盘片(15，21，26，31)通过挡圈20间隔固定间距，所述挡圈20与主动盘片(15，21，26，31)之间采用了垫片25进行密封，并用长螺栓锁紧。所述被动盘片(17，32，33)通过键径向固定在输出轴30上，通过铝制挡圈保证间距，最外层的被动盘片用轴端挡圈14进行轴向固定。为了减小滑动摩擦，所述输出轴30与主动盘之间安装了一个向心推力轴承28，进行轴向间距固定，所述输出轴30上采用了双轴承29布置，提高了装置的对中性能。所述永磁体(16，34)分别通过内六角沉头螺钉安装在左端盖18和右端盖24上，当励磁线圈断电时，可以使关节保持静态位姿。所述被动盘片(17，32，33)和主动盘片(15，21，26，31)均位于隔磁环19内，所述隔磁环19与磁轭22之间安装用以改变转子容腔内磁场强度的励磁线圈23，所述永磁体(16，34)和电磁线圈23一起共同组成磁流变液混合励本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于磁流变液的机器人柔顺关节混合励磁偶合器，其特征在于：所述混合励磁偶合器包括输入轴、励磁线圈、永磁体、隔磁环、主动盘、被动盘、输出轴、磁轭、磁流变液、左端盖和右端盖，所述输入轴安装在左端盖上，所述输出轴安装在右端盖上，所述主动盘的各个主动盘片径向排列间隔安装在挡圈上，伸入所述左端盖内侧的输入轴与最靠近左端盖的主动盘片固定连接；所述被动盘的各个被动盘片径向并排布置在输出轴上，所述主动盘片与被动盘片之间错位布置且相互之间有转动间隙，磁流变液位于所述转动间隙之中，所述转动间隙形成的腔体采用油封进行动密封；所述左端盖与右端盖之间设置磁轭和隔磁环，所述隔磁环、左端盖和右端盖组成转子容腔，所述主动盘、被动盘均位于转子容腔内，所述隔磁环与磁轭之间安装用以改变转子容腔内磁场强度的励磁线圈，所述永磁体分别安装在左端盖和右端盖上。

【技术特征摘要】
2018.06.12 CN 20182090247721.一种基于磁流变液的机器人柔顺关节混合励磁偶合器，其特征在于：所述混合励磁偶合器包括输入轴、励磁线圈、永磁体、隔磁环、主动盘、被动盘、输出轴、磁轭、磁流变液、左端盖和右端盖，所述输入轴安装在左端盖上，所述输出轴安装在右端盖上，所述主动盘的各个主动盘片径向排列间隔安装在挡圈上，伸入所述左端盖内侧的输入轴与最靠近左端盖的主动盘片固定连接；所述被动盘的各个被动盘片径向并排布置在输出轴上，所述主动盘片与被动盘片之间错位布置且相互之间有转动间隙，磁流变液位于所述转动间隙之中，所述转动间隙形成的腔体采用油封进行动密封；所述左端盖与右端盖之间设置磁轭和隔磁环，所述隔磁环、左端盖和右端盖组成转子容腔，所述主动盘、被动盘均位于转子容腔内，所述隔磁环与磁轭之间安装用以改变转子容腔内磁场强度的励磁线圈，所述永磁体分别安装在左端盖和右端盖上。2.如权利要求1所述的基于磁流变液的机器人柔顺关节混合励磁偶合器，其特征在于，所述主...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡世波，韦威，余建军，王鹏飞，鲍官军，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：新型
国别省市：浙江,33