[发明专利]一种基于磁流变动态刚度控制的机器人单腿液压执行器

说明书

本发明涉及一种基于磁流变动态刚度控制的机器人单腿液压执行器，所述磁流变阻尼可控后端包括壳体，壳体的前端固联有端盖，端盖的前端固联有连接耳环A，壳体的内部经由浮动活塞分为两个腔室，位于壳体后端的腔室内充满磁流变液；双活塞杆液压缸包括缸体、设于缸体内部的缸体活塞和设于缸体活塞两边的活塞杆，缸体的前端与壳体的后端固联，位于缸体前端的活塞杆伸入位于壳体后端的腔室内部并固联有软磁活塞，软磁活塞的内部设置有绕组线圈，软磁活塞上于绕组线圈的外侧套设有隔磁环；位于缸体后端的活塞杆的端部固联有连接耳环B。本发明结构简单、合理且紧凑，可有效解决机器人单腿运动过程中髋关节与膝关节的平稳性控制及触地冲击力大的问题。

技术领域：

本发明属于液压足式机器人执行器的技术领域，尤其涉及一种基于磁流变动态刚度控制的机器人单腿液压执行器。

背景技术：

液压足式机器人兼顾液压驱动单元高功率重量比、负载能力强与足式机器人崎岖地形适应能力强的特点，近年来逐步应用于灾难救援、野外物资运输、复杂地形施工及外骨骼助力等人力难以完成及危险性场合。但同时足式机器人动力学相对复杂，多足相互交替着地过程会引起整机震动，高负载下单腿着地瞬间又存在地面对足部的巨大冲击，这种震动与触地冲击不仅会损坏机械元件、破坏机器人运动的平稳性，更有可能会出现机器人倾倒失控等情况。

针对上述问题，现行主要存在两种解决方案。一种方案是被动柔顺控制，即是在机器人腿部及执行器末端安装被动弹簧或其他弹性元件，通过被动弹簧吸收单腿运动过程中的冲击脉动。该种方案能够实现机器人的快速动态运动，但在低速静态范围内表现不佳，在系统中加入弹簧限制了系统的响应带宽，降低了机器人的多功能性。另一种方案是主动柔顺控制，即是通过软件控制，将环境对单腿的交互力引入反馈进行闭环控制，实现机器人执行器的力/位置伺服控制以适应环境的变化。该种方案能够有效提升机器人运动的平稳性，但在较少触地冲击方面表现较差，当机器人机械传动为刚性或者刚度很大时，除非接触时间可以预测，采用主动柔顺控制很难减少触地冲击。

发明内容：

针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本发明所要解决的技术问题是提供一种基于磁流变动态刚度控制的机器人单腿液压执行器，不仅结构简单、紧凑，而且可有效解决机器人单腿运动过程中髋关节与膝关节的平稳性控制及触地冲击力大的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于磁流变动态刚度控制的机器人单腿液压执行器，包括磁流变阻尼可控后端和双活塞杆液压缸，所述磁流变阻尼可控后端包括壳体，所述壳体的前端固联有端盖，所述端盖的前端固联有连接耳环A，壳体的内部经由浮动活塞分为两个腔室，位于壳体后端的腔室内充满磁流变液；所述双活塞杆液压缸包括缸体、设置于缸体内部的缸体活塞和设置于缸体活塞两边的活塞杆，所述缸体的前端与壳体的后端固联，两边的活塞杆均伸出于缸体外，位于缸体前端的活塞杆伸入位于壳体后端的腔室内部并固联有软磁活塞，所述软磁活塞的内部设置有绕组线圈，软磁活塞上于绕组线圈的外侧套设有隔磁环；位于缸体后端的活塞杆的端部固联有连接耳环B。

进一步的，位于壳体前端的腔室内设有套设在端盖的后端外侧的复位弹簧，所述复位弹簧的前、后端部分别与壳体的前端和浮动活塞相抵接。

进一步的，所述软磁活塞与壳体的内壁之间具有间隙，软磁活塞的外表面沿周向设有用以容置绕组线圈的环形凹部。

进一步的，所述缸体包括前缸体、后缸体以及用以连接前缸体和后缸体的连接套筒，所述前缸体的前端与壳体的后端通过螺栓连接，所述连接套筒的前、后两端分别与前缸体和后缸体螺接；所述缸体活塞与连接套筒的内壁密闭且滑动配合，前缸体的后端部与后缸体的前端部对缸体活塞进行行程限位。

进一步的，所述缸体活塞经由锁紧螺母、防松垫片以及活塞杆上的轴肩进行位置固定。