【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于机械传动装置，尤其涉及一种机器人末端电磁式变刚度柔顺力控末端执行器。
技术介绍
1、传统的驱动装置通过刚性设计实现对象的驱动，即通过“电机+减速器+负载”的方式进行运动和力的传递，这种方式响应快、操作简单易于实现，在一般的工程实践中得到广泛的应用。但是在面对未知环境中，外界载荷的形式与大小无法确定的情况下，这种依托控制实现保护的刚性设计方式存在很大的局限性，不能满足工况需求。
2、为了能够解决纯刚性问题，学者提出了串联弹性驱动器的设计理念，即采用“电机+减速器+弹簧+负载”的连接方式实现柔顺驱动，能够具有较好的环境适应性。在与环境发生碰撞时通过弹簧缓冲的作用能够有效增强驱动装置的安全性能，能量缓冲也得到存储，同时由于采用线性弹簧，可将弹簧力直接转化为弹簧的形变进行计算，便于实现力控制。使用电磁弹簧设计柔顺执行器也是当前的一种方法。但是也存在一些局限性：
3、(1)现有的机器人柔顺执行器很多采用纯弹簧或者纯阻尼的形式进行设计，刚度和阻尼固定，面对复杂的加工工件和环境，适应能力不够。
4、(2)通过弹簧位移实现的力响应，存在滞后，使得力响应速度变慢，影响机器人的力控精度，不利于高精度力控的实现。
5、(3)单一的电磁弹簧作为电磁变刚度柔顺执行器，存在力与刚度耦合问题，且难以从控制角度解决。
6、(4)现有的电磁刚度存在高度的非线性，影响精确的刚度控制。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一
2、本专利技术技术方案的核心在于开发了一种机器人末端的电磁式变刚度柔顺力控末端执行器，其必要技术特征包括：高度集成的洛伦兹直线电机模块，用于提供与电流大小相关的直驱力；基于halbach阵列的电磁弹簧模块，负责提供可调节的刚度；以及精心设计的传感器系统，用于实现精确的力和位移控制。此外，执行器包含特别设计的永磁体排列和导磁结构，确保了高效的电磁性能和磁场的优化配置。结合非金属高导热材料的线圈导热芯和防潮设计的线圈支架，确保了设备的稳定性和耐久性。这一综合技术特征使得执行器在机器人
具有灵活性、高效性和适应性。
3、本专利技术是这样实现的，一种机器人末端电磁式变刚度柔顺力控末端执行器，其特征在于，该执行器包括：洛伦兹直线电机模块、基于halbach阵列的电磁弹簧模块、传感器以及其他组成元件。
4、进一步，所述洛伦兹电机模块提供电磁直驱力，该力与位移无关只与电流大小有关，其电磁结构包括，洛伦兹电机第一导磁铁轭(101)，洛伦兹电机第一永磁体(102)，洛伦兹电机第一线圈支架(103)，洛伦兹电机线圈(104)，洛伦兹电机第一支撑(105)，洛伦兹电机第二线圈支架(106)，洛伦兹电机第二永磁体(107)，洛伦兹电机第二导磁铁轭(108)，洛伦兹电机第三永磁体(109)，洛伦兹电机线圈导热芯(110)，洛伦兹电机第二支撑(111)，洛伦兹电机第四永磁体(112)。
5、进一步，所述结构洛伦兹电机第一导磁铁轭(101)开有嵌入槽增强磁场其材料磁轭材料，嵌入洛伦兹电机第一永磁体(102)，洛伦兹电机第三永磁体(109)，且所述永磁体磁极方向相反。
6、进一步，所述结构洛伦兹电机第二导磁铁轭(108)，嵌入洛伦兹电机第二永磁体(107)，洛伦兹电机第四永磁体(112)，且所述永磁体磁极方向相反。
7、进一步，所述洛伦兹第一永磁体(102)和洛伦兹第二永磁体(107)磁极方向相同，洛伦兹第三永磁体(109)和洛伦兹第四永磁体(112)磁极方向相同；且四块永磁体的形成闭合的口字形磁场环路，形成的磁场在间隙区域为均匀磁场。
8、进一步，所述结构洛伦兹电机线圈导热芯(110)必须使用非金属高导热性材质，并嵌入1洛伦兹电机线圈进行共同封装以保证线圈内环的高效散热。
9、进一步，所述洛伦兹电机第一线圈支架(103)和洛伦兹电机第二线圈支架(106)具有配对的嵌入槽，以防止潮湿环境的影响。
10、进一步，所述电磁弹簧模块提供刚度，刚度的大小与电流线性相关，其电磁结构包括，电磁弹簧永磁体背板(201)，电磁弹簧第一线圈支架(202)，电磁弹簧第一永磁支撑(203)，电磁弹簧线圈(204)，电磁弹簧线圈导热芯(205)，电磁弹簧第二线圈支架(206)，电磁弹簧第一永磁体(207)，电磁弹簧第二永磁体(208)，电磁弹簧第三永磁体(209)，电磁弹簧第四永磁体(210)，电磁弹簧第五永磁体(211)，电磁弹簧第二永磁支撑(212)，电磁弹簧第六永磁体(213)，电磁弹簧第七永磁体(214)，电磁弹簧第八永磁体(215)，电磁弹簧第九永磁体(216)，电磁弹簧第十永磁体(217)。
11、进一步，为了便于永磁体的固定安装，所述电磁弹簧永磁体背板(201)开有嵌入槽，其深度大于永磁体厚度的1/3；
12、所述电磁弹簧第一永磁体(207)、电磁弹簧第五永磁体(211)、电磁弹簧第六永磁体(213)和电磁弹簧第十永磁体(217)磁极方向相同，且与电磁弹簧第三永磁体(209)和电磁弹簧第八永磁体(215)磁极方向相反；电磁弹簧第二永磁体(208)与电磁弹簧第四永磁体(210)磁极方向相同，且与电磁弹簧第七永磁体(214)、电磁弹簧第九永磁体(216)磁极方向相反；
13、所述电磁弹簧第一永磁体(207)，电磁弹簧第二永磁体(208)，电磁弹簧第三永磁体(209)，电磁弹簧第八永磁体(215)，电磁弹簧第九永磁体(216)，电磁弹簧第十永磁体(217)六块永磁体形成第一磁回路；电磁弹簧第三永磁体(209)，电磁弹簧第四永磁体(210)，电磁弹簧第五永磁体(211)，电磁弹簧第六永磁体(213)，电磁弹簧第七永磁体(214)，电磁弹簧第八永磁体(215)形成第二磁回路。
14、形成的第一磁回路和第二磁回路大小相等方向相反；间隙内生成的磁场大小与位置有关，通过合理的配置可以得到磁场与位置线性相关。
15、为了实现模块的连接、保证执行器在自然状态下能够自然回到位移零位，，模块连接板(302)，直线轴承(303)，移动导轨光杆(304)，第一模块连接支撑(310)，行程防撞杆(311)，普通弹簧(312)，第二模块连接支撑(313)；
16、为了隔绝洛伦兹电机模块和电磁弹簧模块的磁场相互影响，所述连接件导轨等均放置与模块中间，以形成一定的距离隔绝磁场之间的相互影响。
17、为了能够对执行器的状态进行监测，所述结构包含光栅尺主体(308)，光栅尺读数头(309)，力传感器(307)。
18、进一步，通过所述力传感器和所述位移传感器反馈可以实现精密的力控制和位移控制；
19、为了能够与机器人连接、实现机器人加工，所述结构包括：执行器-机器人连接法兰(301)，主轴抱夹(306)，电主轴(305)。
20、本专利技术的另一目的在于提供本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种机器人末端电磁式变刚度柔顺力控末端执行器，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的机器人末端电磁式变刚度柔顺力控末端执行器，其特征在于，所述洛伦兹电机模块提供电磁直驱力，该力与位移无关只与电流大小有关，其电磁结构包括，洛伦兹电机第一导磁铁轭(101)，洛伦兹电机第一永磁体(102)，洛伦兹电机第一线圈支架(103)，洛伦兹电机线圈(104)，洛伦兹电机第一支撑(105)，洛伦兹电机第二线圈支架(106)，洛伦兹电机第二永磁体(107)，洛伦兹电机第二导磁铁轭(108)，洛伦兹电机第三永磁体(109)，洛伦兹电机线圈导热芯(110)，洛伦兹电机第二支撑(111)，洛伦兹电机第四永磁体(112)。
3.如权利要求2所述的机器人末端电磁式变刚度柔顺力控末端执行器，其特征在于，所述结构洛伦兹电机第一导磁铁轭(101)开有嵌入槽增强磁场其材料磁轭材料，嵌入洛伦兹电机第一永磁体(102)，洛伦兹电机第三永磁体(109)，且所述永磁体磁极方向相反。
4.如权利要求2所述的机器人末端电磁式变刚度柔顺力控末端执行器，其特征在于，所述结构洛伦兹电机第二导
5.如权利要求2所述的机器人末端电磁式变刚度柔顺力控末端执行器，其特征在于，所述洛伦兹第一永磁体(102)和洛伦兹第二永磁体(107)磁极方向相同，洛伦兹第三永磁体(109)和洛伦兹第四永磁体(112)磁极方向相同；且四块永磁体的形成闭合的口字形磁场环路，形成的磁场在间隙区域为均匀磁场。
6.如权利要求2所述的机器人末端电磁式变刚度柔顺力控末端执行器，其特征在于，所述结构洛伦兹电机线圈导热芯(110)必须使用非金属高导热性材质，并嵌入1洛伦兹电机线圈进行共同封装以保证线圈内环的高效散热；
7.如权利要求1所述的机器人末端电磁式变刚度柔顺力控末端执行器，其特征在于，所述电磁弹簧模块提供刚度，刚度的大小与电流线性相关，其电磁结构包括，电磁弹簧永磁体背板(201)，电磁弹簧第一线圈支架(202)，电磁弹簧第一永磁支撑(203)，电磁弹簧线圈(204)，电磁弹簧线圈导热芯(205)，电磁弹簧第二线圈支架(206)，电磁弹簧第一永磁体(207)，电磁弹簧第二永磁体(208)，电磁弹簧第三永磁体(209)，电磁弹簧第四永磁体(210)，电磁弹簧第五永磁体(211)，电磁弹簧第二永磁支撑(212)，电磁弹簧第六永磁体(213)，电磁弹簧第七永磁体(214)，电磁弹簧第八永磁体(215)，电磁弹簧第九永磁体(216)，电磁弹簧第十永磁体(217)。
8.如权利要求7所述的机器人末端电磁式变刚度柔顺力控末端执行器，其特征在于，为了便于永磁体的固定安装，所述电磁弹簧永磁体背板(201)开有嵌入槽，其深度大于永磁体厚度的1/3；
9.如权利要求8所述的机器人末端电磁式变刚度柔顺力控末端执行器，其特征在于，通过所述力传感器和所述位移传感器反馈可以实现精密的力控制和位移控制；
10.一种如权利要求1所述的执行器的机器人末端电磁式变刚度柔顺力控末端执行方法，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种机器人末端电磁式变刚度柔顺力控末端执行器，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的机器人末端电磁式变刚度柔顺力控末端执行器，其特征在于，所述洛伦兹电机模块提供电磁直驱力，该力与位移无关只与电流大小有关，其电磁结构包括，洛伦兹电机第一导磁铁轭(101)，洛伦兹电机第一永磁体(102)，洛伦兹电机第一线圈支架(103)，洛伦兹电机线圈(104)，洛伦兹电机第一支撑(105)，洛伦兹电机第二线圈支架(106)，洛伦兹电机第二永磁体(107)，洛伦兹电机第二导磁铁轭(108)，洛伦兹电机第三永磁体(109)，洛伦兹电机线圈导热芯(110)，洛伦兹电机第二支撑(111)，洛伦兹电机第四永磁体(112)。
3.如权利要求2所述的机器人末端电磁式变刚度柔顺力控末端执行器，其特征在于，所述结构洛伦兹电机第一导磁铁轭(101)开有嵌入槽增强磁场其材料磁轭材料，嵌入洛伦兹电机第一永磁体(102)，洛伦兹电机第三永磁体(109)，且所述永磁体磁极方向相反。
4.如权利要求2所述的机器人末端电磁式变刚度柔顺力控末端执行器，其特征在于，所述结构洛伦兹电机第二导磁铁轭(108)，嵌入洛伦兹电机第二永磁体(107)，洛伦兹电机第四永磁体(112)，且所述永磁体磁极方向相反。
5.如权利要求2所述的机器人末端电磁式变刚度柔顺力控末端执行器，其特征在于，所述洛伦兹第一永磁体(102)和洛伦兹第二永磁体(107)磁极方向相同，洛伦兹第三永磁体(109)和洛伦兹第四永磁体(112)磁极方向相同；且四块永磁体的形成闭合的口字形磁场环路，形...
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