【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及通过减少超调和缩短震荡时间以实现机械臂精确定位的，具体涉及一种具有变刚度变阻尼特性的磁流变行星减速机。
技术介绍
1、机械臂通常是可编程的机械臂，其功能与人类手臂相似。他们具有快速反应，高可靠性和准确性的优点，可以提高工作效率和生产力，帮助工人远离危险，以避免潜在的伤害。因此，机械臂被广泛应用于工业生产线，完成设备装配、材料搬运、挑选、焊接和分拣等任务。
2、定位控制性能对机械臂非常重要，因为它会影响制造精度。当机械臂被命令移动到期望的位置时，手臂通常在经过期望的位置后产生超调；然后它在期望的位置振荡，直到最终稳定。在这一过程中，较大的超调和较长的振荡时间是对机械臂的精度和效率产生不利影响的两个常见问题。此外，机械臂可能会受到外部干扰，如意想不到的力或扭矩。这些外部干扰可导致精度和稳定性降低，并导致安全隐患，如与附近物体或个人的碰撞。先进的控制算法可以有效地提高机械臂的定位和抗干扰性能；然而，这种改进仍然受到驱动机械臂的电机能力的影响。当机械臂遭受超调或干扰时，控制器命令电机向运动方向输出最大扭矩，以阻止超调或干扰，并将机械臂拉回所需的位置。然而，当机械臂是重载或过载时，电机的最大扭矩通常是有限的。因此，利用阻尼器提供额外扭矩集成到机械臂系统中的方法被成功应用。然而，虽然阻尼器可以提高机械臂的定位性能，但其笨重的结构显著增加了驱动系统的复杂性和成本，这在实际应用中是不可取的。
3、机械臂的驱动部件由电机和行星减速机组成，由于电机的输出扭矩有限，往往通过行星减速机来放大电机的输出扭矩，因此行星
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术公开一种具有变刚度变阻尼特性的磁流变行星减速机，通过引入变阻尼磁流变轴承使得减速机具有了变阻尼的能力，通过控制输入电流的大小可以控制磁流变轴承的变阻尼能力，继而控制减速机的输出扭矩大小，使得整个系统在运行状态变化时更加稳定，并且规避了传统控制算法无法放大电机输出扭矩的缺点；同时，本专利技术引入了变刚度特性，通过控制输入电流的大小可以控制磁流变轴承的阻尼，继而通过输出轴与弹簧盖板连接上的配合使得弹簧扭转，继而使得减速机具有了变刚度的能力，使得系统在从一个运行状态转向另一个运行状态时具有更快的响应特性，并且规避了传统阻尼器使得系统更加复杂的缺点，使得整个系统更加紧凑，具有稳定性强、成本低、功耗小、可靠性高的优点。
2、为达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：
3、一种具有变刚度变阻尼特性的磁流变行星减速机，包括输出轴、上盖板、变刚度线圈、弹簧盖板、变刚度磁流变轴承、弹簧、齿圈、行星齿轮、变阻尼线圈、变阻尼磁流变轴承、行星柱、太阳轮、线圈骨架、隔离环、输入轴、下侧铁板，所述变阻尼磁流变轴承是提供变阻尼功能的核心部件，所述变阻尼线圈位于行星柱底部，为所述变阻尼磁流变轴承提供磁场，所述行星轮、行星柱、行星柱根部组成磁场通路，使得磁力线流过变阻尼磁流变轴承形成闭合磁路；所述变刚度磁流变轴承是变刚度功能的核心部件，所述变刚度线圈套于输出轴上，位于上盖板底部以及弹簧盖板内侧，所述上盖板底部、弹簧盖板、隔离环以及输出轴为变刚度磁流变轴承提供磁场，使得磁力线流过变刚度磁流变轴承形成闭合磁路，继而通过弹簧实现变刚度作用。
4、进一步的，四组变阻尼单元结构完全相同，变阻尼线圈内径为5毫米，外径11毫米，高度三毫米，线径0.2毫米，匝数300匝左右，变阻尼线圈通过液体胶水固定在输出轴底部以及行星柱内侧，行星柱采用阶梯式结构，此结构不仅可以隔离线圈以及变阻尼磁流变轴承，同时还可以实现轴承定位，为磁场提供通路。
5、进一步的，四组变阻尼线圈在输出轴底部内测的凹槽进行并联连接，其原因是当其中一个线圈磨损时其他三个依然可以工作，连接后的两根引出线通过输出轴连出减速机，与外部电源连接，减速机内部线圈均采用漆包线，以防止短路现象的发生，连出输出轴之后连接杜邦线用以保护电线。
6、进一步的，本专利技术所用磁流变脂是通过混合纳米铁粉以及润滑脂通过水浴加热制成。磁流变脂可以起到润滑轴承内部以及提供变阻尼特性的作用。
7、进一步的，在行星柱外侧、变阻尼磁流变轴承内外侧以及行星齿轮内侧都设置有键的配合，用以防止轴承与行星柱以及行星齿轮之间的相对滑动，影响减速机变阻尼性能。
8、进一步的，输入轴与电机连接，带动太阳轮旋转，行星齿轮通过与太阳轮与齿圈的啮合同步旋转，继而带动输出轴输出扭矩，当变阻尼线圈通电时，变阻尼磁流变轴承在毫秒内发挥作用，使得行星齿轮与行星柱之间没有相对转动，变阻尼磁流变轴承提供了一个与行星齿轮转动方向相反的阻尼力，通过控制电流的大小可以控制阻尼力的大小，继而可以控制减速机的输出扭矩，使得整个系统具有了变阻尼特性。
9、进一步的，所述变刚度线圈的内径19毫米，外径38毫米，高度10毫米，线径0.5，匝数300匝左右，变刚度线圈缠绕在线圈骨架上，并用液体胶水固定在上盖板下侧，输出轴上安装有隔离环，用以隔离变刚度磁流变轴承和输出轴，同时提供磁场通路，隔离环内外侧、输出轴外侧、变刚度磁流变轴承内外侧以及弹簧盖板内侧都设置了键的配合以防止变刚度磁流变轴承锁死发生内外之间的相对滑动。
10、进一步的，上侧的弹簧盖板上设置有小孔，用于通过铁丝将弹簧固定于弹簧盖板之上，同样的下侧铁板也设置有小孔用于固定弹簧。弹簧盖板以及下侧铁板都设置有弹簧座，用于固定弹簧的第一圈和最后一圈，当变刚度线圈通电时，变刚度磁流变轴承在毫秒内发挥作用，使得输出轴和弹簧盖板之间没有相对转动，当减速机仍然通过输出轴转动时，弹簧盖板会带动弹簧一起转动，此时弹簧会产生一个与输出扭矩方向相反的扭矩，并将能量储存于弹簧之中，通过弹簧使得减速机具有了变刚度的特性。
11、进一步的，当变刚度磁流变轴承发挥作用时，如果减速机仍然通过输出轴输出扭矩，则输出轴会通过变刚度磁流变轴承带动弹簧盖板继而带动弹簧一起旋转，此时弹簧提供反向扭矩，即，此时在变刚度磁流变轴承上受到输出轴的正向扭矩的作用以及弹簧反向扭矩的作用，当输出轴的正向扭矩足够大时，变刚度磁流变轴承将无法再继续保持输出轴与弹簧盖板之间的相对静止，此时变刚度磁流变轴承不再起作用，弹簧之前储存的能量也将被全部释放。
12、根据上述技术方案，本专利技术的动态工作过程如下：磁流变行星减速机输入轴与电机输出轴连接，输入轴与太阳轮连接，通过行星齿轮与太阳轮以及齿圈之间的啮合放大输出轴扭矩，减小转速。当变阻尼线圈通电时刻，四组变阻尼线圈同时产生磁场，使得磁力线流过变阻尼磁流变轴承，此时变阻尼磁流变轴承在毫秒内发挥作用，提供了一个与行星齿轮转动方向相反的阻尼力，四个磁流变轴承同时产生阻尼力作用于输出轴上，使得整个减速机具有了变阻尼特性，通过控制变阻尼线圈电流的大小，控制整个系统的阻尼，使得系统更快达到本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种具有变刚度变阻尼特性的磁流变行星减速机，其特征在于，包括输出轴(1)、上盖板(2)、变刚度线圈(3)、弹簧盖板(4)、变刚度磁流变轴承(5)、弹簧(6)、齿圈(7)、行星齿轮(8)、变阻尼线圈(9)、变阻尼磁流变轴承(10)、行星柱(11)、太阳轮(12)、输入轴(13)、下侧铁板(14)、隔离环(15)；所述变阻尼磁流变轴承(10)提供变阻尼核心部件，所述变阻尼线圈(9)位于行星柱(11)的底部，为所述变阻尼磁流变轴承(10)提供磁场，所述行星齿轮(8)、行星柱(11)、行星柱(11)的根部提供磁场通路，使得磁力线通过变阻尼磁流变轴承(10)，从而组成闭合磁路；所述变刚度磁流变轴承(5)提供变刚度功能，所述变刚度线圈(3)套于输出轴(1)上，位于上盖板(2)的底部以及弹簧盖板(4)的内侧，线圈通电后，所述上盖板(2)的底部、弹簧盖板(4)、隔离环(15)以及输出轴(1)形成磁场，组成闭合磁路，使得磁力线流过变刚度磁流变轴承(5)继而通过弹簧(6)实现变刚度特性。
2.根据权利要求1所述的一种具有变刚度变阻尼特性的磁流变行星减速机，其特征在于：所述行星齿轮(8
3.根据权利要求1所述的一种具有变刚度变阻尼特性的磁流变行星减速机，其特征在于：输出轴(1)上的轴承中具有磁流变脂，使之具有变刚度特性，所述上盖板(2)的下侧放置一组变刚度线圈(3)，通过给变刚度线圈(3)通电，并由上盖板(2)的底部、弹簧盖板(4)、隔离环(15)以及输出轴(1)为变刚度磁流变轴承提供磁场，从而形成闭合的磁路，使得磁力线流过变刚度磁流变轴承(5)继而通过弹簧(6)实现变刚度作用。
4.根据权利要求1所述的一种具有变刚度变阻尼特性的磁流变行星减速机，其特征在于：所述弹簧盖板(4)以及下侧铁板(14)安装弹簧座，使得弹簧(6)的最上圈以及最下圈被固定不会滑动，弹簧(6)通过铁丝固定在弹簧盖板(4)以及下侧铁板(14)之上，使得变刚度磁流变轴承(5)发挥作用时，弹簧盖板(4)可以带动弹簧(6)进行扭转。
5.根据权利要求1所述的一种具有变刚度变阻尼特性的磁流变行星减速机，其特征在于：所述变刚度线圈(3)缠绕在线圈骨架上，并固定于上盖板(2)的下部，所述输出轴(1)底部留有间隙用于四组变阻尼线圈(9)并联时的接线。
6.根据权利要求2所述的一种具有变刚度变阻尼特性的磁流变行星减速机，其特征在于：作用于变阻尼磁流变轴承的四组变阻尼线圈(9)并联后连接外加电源，通电之后流经线圈的电流产生磁场，磁力线通过变阻尼磁流变轴承(10)，基于磁流变脂的流变特性，电流越大，作用于变阻尼磁流变轴承(10)的磁场强度就越大，变阻尼磁流变轴承(10)的阻尼力就越大，进而减速机的阻尼就越大，减速机的输出扭矩就越小；减小电流，则作用于变阻尼磁流变轴承的磁场强度就越小，变阻尼磁流变轴承(10)的阻尼力就越小，进而减速机的阻尼就越小，减速机的输出扭矩就越大，因此通过控制变阻尼线圈(9)的电流，实现减速机的变阻尼特性。
7.根据权利要求3所述的一种具有变刚度变阻尼特性的磁流变行星减速机，其特征在于：所述弹簧(6)通过铁丝固定于弹簧盖板(4)以及下侧铁板(14)之上，作用于变刚度磁流变轴承的变刚度线圈(3)外接电源，通电后流经线圈的电流产生磁场，磁力线通过变刚度轴承(5)，电流越大，作用于变刚度磁流变轴承(5)的磁场强度就越大，变刚度磁流变轴承(5)所具有的阻尼力就越大，进而使得输出轴(1)在转动过程中带动弹簧盖板(4)一起旋转，弹簧盖板(4)带动弹簧进行扭转，减速机的刚度得到加强，电流越小，作用于变刚度磁流变轴承(5)的磁场强度就越小，变刚度磁流变轴承(5)所具有的阻尼力就越小，弹簧提供的扭转程度就越小，继而减速机的刚度就越小，通过控制流过变刚度线圈(3)的电流，实现行星减速机的变刚度特性。
...【技术特征摘要】
1.一种具有变刚度变阻尼特性的磁流变行星减速机，其特征在于，包括输出轴(1)、上盖板(2)、变刚度线圈(3)、弹簧盖板(4)、变刚度磁流变轴承(5)、弹簧(6)、齿圈(7)、行星齿轮(8)、变阻尼线圈(9)、变阻尼磁流变轴承(10)、行星柱(11)、太阳轮(12)、输入轴(13)、下侧铁板(14)、隔离环(15)；所述变阻尼磁流变轴承(10)提供变阻尼核心部件，所述变阻尼线圈(9)位于行星柱(11)的底部，为所述变阻尼磁流变轴承(10)提供磁场，所述行星齿轮(8)、行星柱(11)、行星柱(11)的根部提供磁场通路，使得磁力线通过变阻尼磁流变轴承(10)，从而组成闭合磁路；所述变刚度磁流变轴承(5)提供变刚度功能，所述变刚度线圈(3)套于输出轴(1)上，位于上盖板(2)的底部以及弹簧盖板(4)的内侧，线圈通电后，所述上盖板(2)的底部、弹簧盖板(4)、隔离环(15)以及输出轴(1)形成磁场，组成闭合磁路，使得磁力线流过变刚度磁流变轴承(5)继而通过弹簧(6)实现变刚度特性。
2.根据权利要求1所述的一种具有变刚度变阻尼特性的磁流变行星减速机，其特征在于：所述行星齿轮(8)的内部的轴承中注入磁流变脂，使之具有变阻尼特性，并在所述行星柱(11)根部放置变阻尼线圈(9)，所述输出轴(1)共有四个行星柱(11)，所述变阻尼磁流变轴承(10)、变阻尼线圈(9)、行星齿轮(8)、行星柱(11)构成的变阻尼结构共有四组，四个变阻尼线圈(9)通过并联的方式连接在一起，然后通过输出轴(1)的底部的孔与外界电源相连接；通过给变阻尼线圈(9)通电，并由行星柱(11)、行星齿轮(8)构成磁场通路，使得磁力线流过变阻尼磁流变轴承(10)，继而实现变阻尼特性。
3.根据权利要求1所述的一种具有变刚度变阻尼特性的磁流变行星减速机，其特征在于：输出轴(1)上的轴承中具有磁流变脂，使之具有变刚度特性，所述上盖板(2)的下侧放置一组变刚度线圈(3)，通过给变刚度线圈(3)通电，并由上盖板(2)的底部、弹簧盖板(4)、隔离环(15)以及输出轴(1)为变刚度磁流变轴承提供磁场，从而形成闭合的磁路，使得磁力线流过变刚度磁流变轴承(5)继而通过弹簧(6)实现...
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