【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于重力补偿设备，特别是涉及一种基于磁流变原理的恒拉力悬吊装置。
技术介绍
1、随着我国航空航天事业的快速发展，通过重力补偿技术在地面模拟微低重力环境已经成为研究热点之一，而重力补偿技术不仅可以应用于航空航天领域，也可以应用于人体康复助行领域。针对需要进行下肢康复训练的患者，如果能在康复训练过程中对其进行恒力减重以减少其下肢受到的压力，可辅助患者进行康复训练。在众多重力补偿方法中，悬吊法以实现简单、附加惯量小且力可调等优点脱颖而出，基于悬吊法研发出来的恒拉力悬吊装置作为一种典型的机电一体化产品可广泛应用于康复助行领域。
2、悬吊装置按照重力补偿方式的不同，可分为被动式和主动式两种。被动式重力补偿方式按照实现方法的不同可分为固定长度吊索直连式、配重式和弹簧式，主动式重力补偿方式按照实现方法的不同可分为刚性驱动式、刚性驱动与弹性缓冲组合式。而刚性驱动与弹性缓冲组合式的重力补偿方式将能主动控制的驱动部件和被动缓冲的弹性部件两者结合，与其他方式相比，可提供更高的恒拉力控制精度，并且拥有较好的抗冲击扰动性能。
3、如瑞士苏黎世联邦理工学院的martin frey等研究者研发出一种新型机电一体化体重支撑系统(bws)，该系统主要由主动闭环控制的电力驱动装置、被动弹性弹簧元件、电动绞盘、滑轮机构和力传感器组成，吊索一端串联力传感器并连接到人体，另一端通过滑轮机构串联弹簧原件连接到电动绞盘，该系统中的弹簧原件承受主要卸载力，电力驱动装置产生所需的拉力。该系统能够实现较高的拉力精度，但抗冲击扰动能力较差，并且驱动
4、磁流变液作为一种新型磁控智能材料，在外加磁场的作用下，磁流变液的屈服剪切应力、粘度等力学性能会发生快速且可逆的变化，因而其能够很好的应用于实时控制中，特别是在减振抑振方面，因此磁流变阻尼器与传统弹性缓冲元件(例如弹簧)相比，具有力矩连续可调，响应快等优点，采用磁流变阻尼器代替悬吊装置中传统的弹性缓冲元件，可有效提高悬吊装置的恒拉力控制精度。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术拟解决的技术问题是，提供了一种基于磁流变原理的恒拉力悬吊装置。
2、本专利技术解决所述技术问题采用的技术方案是：
3、一种基于磁流变原理的恒拉力悬吊装置，其特征在于，该装置包括恒拉力机构、吊索长度调整机构和支架结构；
4、所述恒拉力机构包括直流电机、同步带模组、pcb导电滑环和旋转式磁流变阻尼器；直流电机位于支架结构上，直流电机的输出轴通过同步带模组与旋转式磁流变阻尼器的第一传动轴连接，旋转式磁流变阻尼器通过连接板转动安装在支架结构上，pcb导电滑环为旋转式磁流变阻尼器的励磁线圈供电；
5、所述吊索长度调整机构包括第一法兰盘、卷筒、滑动杆、丝杠、第二法兰盘、吊索、直线轴承和丝杠螺母；第一法兰盘和第二法兰盘分别通过连接板转动安装在支架结构上，且第一法兰盘与旋转式磁流变阻尼器的第二传动轴连接；丝杠的一端与第一法兰盘转动连接，另一端与第二法兰盘固连；丝杠螺母安装在丝杠上，卷筒的内盘与丝杠螺母固连，吊索缠绕在卷筒的外盘上；卷筒的周向上均匀分布有多个滑动杆，每个滑动杆分别通过直线轴承与卷筒滑动连接，每个滑动杆的两端分别与第一法兰盘和第二法兰盘固连。
6、进一步的，所述旋转式磁流变阻尼器包括第一传动轴、左端盖、励磁线圈、外壳、l型内转子、右端盖和第二传动轴；其中，左端盖和右端盖连接在外壳的两端，第一传动轴与左端盖固连，第一传动轴、左端盖、外壳和右端盖共同组成旋转式磁流变阻尼器的外转子；第二传动轴与左端盖和右端盖转动连接，并通过密封圈进行密封连接；l型内转子内嵌在左端盖、右端盖以及外壳之间，l型内转子的内圈与第二传动轴固连，l型内转子与左端盖、右端盖以及外壳之间的缝隙内填充有磁流变液，励磁线圈位于左端盖和外壳之间。
7、进一步的，所述l型内转子的内圈与外圈之间设有凹槽，左端盖右端的凸台嵌入到l型内转子的凹槽内。
8、进一步的，所述吊索的末端设有拉力传感器，用于实时采集吊索的拉力值。
9、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
10、1.为了实现悬吊装置的恒拉力控制精度，通过调节磁流变阻尼器内部励磁线圈的电流大小来调节阻尼力矩的大小以适应不同的重力补偿工况，能够更好地进行重力补偿。采用旋转式磁流变阻尼器代替传统弹性缓冲元件，能够有效提高装置的抗冲击扰动特性，并且在大位移、高载荷的工况下旋转式磁流变阻尼器可以保持更低的刚度，能够更好地减小吊索的力误差。本专利技术的旋转式磁流变阻尼器的内转子轴向截面为l型结构，增加了阻尼器内部磁路的有效工作面积(磁路中共有5条有效工作路径)，相较于传统的圆筒或圆盘式磁流变阻尼器，可有效提高工作区域面积，可以使阻尼器输出更大的阻尼力矩；在旋转工况下能降低转子的转动惯量，有效减少转动惯量对恒拉力控制精度的影响，提高恒拉力控制精度。
11、2.将直流电机、同步带传动模组和旋转式磁流变阻尼器结合到一起组成恒拉力机构，通过直流电机和旋转式磁流变阻尼器的协调工作，能够有效提供恒定力矩输出并有效减小了直流电机的驱动功率。
12、3.吊索长度调整机构由卷筒和丝杠模组等构件组成，卷筒的导程和其内部丝杠的导程一致，可保证负载在上下往复运动过程中仅在垂直方向产生位移而不会产生水平方向的位移，可有效减小负载运动过程中的力误差并降低装置控制系统复杂性。
13、4.与现有常见的驱动部件和主动弹性元件组合式的恒拉力悬吊装置相比，本装置总体结构更加简单，并且在吊索与负载之间串联拉力传感器，用以实时监测和采集吊索中的拉力信息并反馈给控制系统，控制系统根据拉力传感器反馈的拉力数值可实时调整提供给旋转式磁流变阻尼器励磁线圈电流的大小，以保证在负载运动过程中阻尼器能提供相应力矩，此种工作方式能够提供更高的恒拉力控制精度。
14、5.本装置的安装位置和安装高度可随实际工况需要实时调整，可有效增加本装置的应用范围以满足不同的应用场景。
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1.一种基于磁流变原理的恒拉力悬吊装置，其特征在于，该装置包括恒拉力机构、吊索长度调整机构和支架结构；
2.根据权利要求1所述的基于磁流变原理的恒拉力悬吊装置，其特征在于，所述旋转式磁流变阻尼器包括第一传动轴、左端盖、励磁线圈、外壳、L型内转子、右端盖和第二传动轴；其中，左端盖和右端盖连接在外壳的两端，第一传动轴与左端盖固连，第一传动轴、左端盖、外壳和右端盖共同组成旋转式磁流变阻尼器的外转子；第二传动轴与左端盖和右端盖转动连接，并通过密封圈进行密封连接；L型内转子内嵌在左端盖、右端盖以及外壳之间，L型内转子的内圈与第二传动轴固连，L型内转子与左端盖、右端盖以及外壳之间的缝隙内填充有磁流变液，励磁线圈位于左端盖和外壳之间。
3.根据权利要求2所述的基于磁流变原理的恒拉力悬吊装置，其特征在于，所述L型内转子的内圈与外圈之间设有凹槽，左端盖右端的凸台嵌入到L型内转子的凹槽内。
4.根据权利要求1～3任一所述的基于磁流变原理的恒拉力悬吊装置，其特征在于，所述吊索的末端设有拉力传感器，用于实时采集吊索的拉力值。
【技术特征摘要】
1.一种基于磁流变原理的恒拉力悬吊装置，其特征在于，该装置包括恒拉力机构、吊索长度调整机构和支架结构；
2.根据权利要求1所述的基于磁流变原理的恒拉力悬吊装置，其特征在于，所述旋转式磁流变阻尼器包括第一传动轴、左端盖、励磁线圈、外壳、l型内转子、右端盖和第二传动轴；其中，左端盖和右端盖连接在外壳的两端，第一传动轴与左端盖固连，第一传动轴、左端盖、外壳和右端盖共同组成旋转式磁流变阻尼器的外转子；第二传动轴与左端盖和右端盖转动连接，并通过密封圈进行密封连接；l型内...
【专利技术属性】
技术研发人员：李军强，朱忠飞，鲁晓琪，杨冬，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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