【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及变刚度驱动器，尤其是涉及一种基于磁流变弹性体的变刚度驱动器。
技术介绍
1、随着机器人技术应用化程度的提高，人们对机器人的安全性、运动稳定性和能量利用效率提出了更高的要求。双足机器人在进行动态行走时，其足底与地面接触时容易产生较大的冲击，而传统的刚性机器人并不能够很好地吸收这一冲击，导致其自身机构和驱动器都受到损害，并且能量效率也较低。因此，有效降低外部环境对机器人的冲击，对双足机器人具有重要意义。柔性在人类适应外界环境变化和实现稳定步态行走中起着至关重要的作用。在现阶段，越来越多的研究人员注重将柔性引入到驱动器中，设计出了不同原理的变刚度驱动器，并应用于双足机器人。变刚度驱动器中的柔性元件在受到外部冲击时能够发生形变，进而吸收冲击与震动，并将能量储存在元件中，在后续的运动过程中再将储存的能量释放出去，因此变刚度驱动器具有较强的抗冲击能力和较高的能量效率。
2、柔性元件是变刚度驱动器中的重要组成部分，如今绝大多数的变刚度驱动器均采用弹簧、板簧、扭簧等作为柔性元件，这类元件是良好的柔性单元，能够吸收外界冲击并储存和释放能量，但受限于其自身的刚度是固定的，通过预紧等方式实现的驱动器的变刚度范围有限，并且变刚度速度较慢，难以用于需要高频变刚度的任务中。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在不足，本专利技术提供了一种基于磁流变弹性体的变刚度驱动器，通过改变磁流变弹性体外部预紧力以及改变外加磁场影响磁流变弹性体自身刚度两种方法，实现改变关节刚度的效果，从而扩大变刚度
2、本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
3、一种基于磁流变弹性体的变刚度驱动器，包括：
4、输入连杆架，上部安装有驱动电机；
5、输出连杆，其两侧的支撑板通过旋转副分别安装在输入连杆架)两侧的支撑板上；
6、杠杆臂，一端安装在驱动电机的输出端，另一端通过旋转副安装在输出连杆上；
7、变刚度机构，包括类弹簧机构和推杆电机，所述类弹簧机构由片层状磁流变弹性体位于磁路上端盖和磁路下端盖之间构成；所述磁路下端盖上安装有线圈骨架，线圈骨架外部缠绕有电磁线圈；所述推杆电机的推杆头上连接双头螺柱的一端，双头螺柱的另一端穿过磁路下端盖和片层状磁流变弹性体的中间通孔后，连接磁路上端盖；所述推杆电机安装在输入连杆架上；所述磁路下端盖还通过连接板固定钢绳一端，钢绳另一端穿过杠杆臂的两组u型轴承后，连接在输出连杆上。
8、上述技术方案中，所述杠杆臂包括：
9、左异形轴，安装在驱动电机的输出法兰上；
10、右异形轴，安装在位于输出连杆右侧支撑板上的小直径滚动轴承上；
11、连接小轴，有四根，安装于左、右异形轴中间的四个对应安装孔内；
12、u型轴承，有四个，分别安装在四根连接小轴上，位于左、右异形轴之间。
13、上述技术方案中，所述磁路下端盖下端分别连接有两侧连接板，两侧连接板顶部与上部连接板连接，上部连接板上安装有拉力传感器，拉力传感器上连接钢绳固定头，钢绳固定头用于固定钢绳一端。
14、上述技术方案中，所述片层状磁流变弹性体是由一层圆环状磁流变弹性体和一层形状尺寸相同的硅钢片依次叠加形成的中空圆柱形结构。
15、上述技术方案中，所述输出连杆包括：
16、输出连杆上部连接板，将输出连杆左侧支撑板和输出连杆右侧支撑板连接在一起，输出连杆左侧支撑板和输出连杆右侧支撑板之间安装输出连杆钢绳固定板，用于连接钢绳另一端；
17、小直径滚动轴承，安装在输出连杆右侧支撑板内侧。
18、上述技术方案中，所述输入连杆架是由左侧支撑板、前侧连接板、底部支撑板和右侧支撑板连接在一起形成驱动器外部框架，所述驱动电机安装在左侧支撑板上。
19、上述技术方案中，所述驱动电机的轴心定义为变刚度驱动器的旋转中心。
20、上述技术方案中，所述左侧支撑板上安装滚动轴承a，右侧支撑板上安装滚动轴承b，滚动轴承a、滚动轴承b均与旋转中心同心设置。
21、上述技术方案中，所述输出连杆左侧支撑板和输出连杆右侧支撑板分别同心安装在滚动轴承a、滚动轴承b上。
22、上述技术方案中，所述变刚度驱动器的关节刚度变化有两种方式：
23、调整电磁线圈通入电流i的大小，继而改变电磁线圈产生的磁场强度；
24、通过推杆电机收缩推杆，使得片层状磁流变弹性体被不同程度预紧，进而改变压缩量。
25、本专利技术的有益效果为：
26、(1)由于磁流变弹性体具有自身刚度可变的性质，使用磁流变弹性体代替弹簧置于变刚度驱动器中，能够在保留原有变刚度驱动器的优点与特性的前提下进一步扩大刚度变化范围，使其满足更多任务的刚度需求。
27、(2)由于磁流变弹性体毫秒级的刚度响应速度，使得本专利技术基于磁流变弹性体的变刚度驱动器的刚度响应速度更快，能够适用于需要高频变化刚度的任务中。
28、(3)与传统仅通过预紧弹簧实现变刚度的驱动器相比，本专利技术引入磁流变弹性体能够拓展变刚度方式，在面对不同任务需求时采取不同的变刚度策略，降低能量损耗，提高能量效率，同时可以降低对刚度电机最大输出力的要求。
29、(4)本专利技术采用电机直驱杠杆臂的方式实现平衡位置的改变，与传统采用推杆电机的方式相比，提高了驱动速度，能够应用于更多任务场景。
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1.一种基于磁流变弹性体的变刚度驱动器，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于磁流变弹性体的变刚度驱动器，其特征在于，所述杠杆臂(2)包括：
3.根据权利要求1所述的基于磁流变弹性体的变刚度驱动器，其特征在于，所述磁路下端盖(32)下端分别连接有两侧连接板(31)，两侧连接板(31)顶部与上部连接板(30)连接，上部连接板(30)上安装有拉力传感器(29)，拉力传感器(29)上连接钢绳固定头(28)，钢绳固定头(28)用于固定钢绳(27)一端。
4.根据权利要求1所述的基于磁流变弹性体的变刚度驱动器，其特征在于，所述片层状磁流变弹性体(37)是由一层圆环状磁流变弹性体和一层形状尺寸相同的硅钢片依次叠加形成的中空圆柱形结构。
5.根据权利要求1所述的基于磁流变弹性体的变刚度驱动器，其特征在于，所述输出连杆(3)包括：
6.根据权利要求5所述的基于磁流变弹性体的变刚度驱动器，其特征在于，所述输入连杆架(1)是由左侧支撑板(7)、前侧连接板(8)、底部支撑板(9)和右侧支撑板(11)连接在一起形成驱动器外部框架，所述
7.根据权利要求6所述的基于磁流变弹性体的变刚度驱动器，其特征在于，所述驱动电机(6)的轴心定义为变刚度驱动器的旋转中心。
8.根据权利要求7所述的基于磁流变弹性体的变刚度驱动器，其特征在于，所述左侧支撑板(7)上安装滚动轴承A(5)，右侧支撑板(11)上安装滚动轴承B(12)，滚动轴承A(5)、滚动轴承B(12)均与旋转中心同心设置。
9.根据权利要求8所述的基于磁流变弹性体的变刚度驱动器，其特征在于，所述输出连杆左侧支撑板(17)和输出连杆右侧支撑板(21)分别同心安装在滚动轴承A(5)、滚动轴承B(12)上。
10.根据权利要求9所述的基于磁流变弹性体的变刚度驱动器，其特征在于，所述变刚度驱动器的关节刚度变化有两种方式：
...【技术特征摘要】
1.一种基于磁流变弹性体的变刚度驱动器，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于磁流变弹性体的变刚度驱动器，其特征在于，所述杠杆臂(2)包括：
3.根据权利要求1所述的基于磁流变弹性体的变刚度驱动器，其特征在于，所述磁路下端盖(32)下端分别连接有两侧连接板(31)，两侧连接板(31)顶部与上部连接板(30)连接，上部连接板(30)上安装有拉力传感器(29)，拉力传感器(29)上连接钢绳固定头(28)，钢绳固定头(28)用于固定钢绳(27)一端。
4.根据权利要求1所述的基于磁流变弹性体的变刚度驱动器，其特征在于，所述片层状磁流变弹性体(37)是由一层圆环状磁流变弹性体和一层形状尺寸相同的硅钢片依次叠加形成的中空圆柱形结构。
5.根据权利要求1所述的基于磁流变弹性体的变刚度驱动器，其特征在于，所述输出连杆(3)包括：
6.根据权利要求5所述的基于磁流变弹性体的变刚度驱动器，其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄岩，张晨翔，杨承旭，王启宁，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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