[实用新型]一种具有多自由度的触觉装置用球形磁流变制动器

说明书

本实用新型公开了一种具有多自由度的触觉装置用球形磁流变制动器，主要由制动器压板、制动器端盖、制动器缸筒、导磁盘、隔磁盘、球形转子、励磁线圈以及制动器底座等组成。采用球体转子，通过操纵杆手柄的摇动，可以实现制动器三自由度转动。励磁线圈通电产生磁场时，磁流变液在磁场作用下产生磁流变效应，通过控制励磁线圈通电电流大小，可在三轴向产生不同大小的转矩，阻碍球形转子三个自由度的转动。本实用新型充分利用了球形阻尼间隙的长度，可在不增加制动器外形结构尺寸的情况下，有效提高制动器的阻尼转矩和工作性能，特别适用于触觉应用中的力反馈装置。

技术领域

本实用新型涉及一种磁流变制动器，尤其涉及一种具有多自由度的触觉装置用球形磁流变制动器。

背景技术

触觉装置应用中，快速、稳定与瞬时的响应对于装置性能的提升起到重要作用。传统装置一般采用普通的液压制动器或电流变液制动器，其中液压制动器中填充的工作介质为液压油，其粘度小且不可变，故输出转矩较小且阻尼系数不可调，不能很好的满足触觉装置对于响应特性的要求。

磁流变液的问世为解决上述难题带来了新的思路，磁流变液在磁场作用下瞬间可逆的流变特性，可以通过控制磁场强度来改变磁流变液的剪切屈服强度，实现磁流变制动器转矩的无级调节。与使用电流变液的设备相比，磁流变液的剪切屈服应力远远高于电流变液，故可产生高转矩输出。此外电流变液需要高达至少3kV的电压激活，而磁路变液通常只需要几伏特；当制动器应用于触觉装置等人体直接接触的工作环境中时，3kV电压对于使用者存在巨大的潜在危险。

磁流变制动器一般分为直线式和旋转式两种，但普通的磁流变制动器仅具有一个自由度，不能满足需求多自由度的触觉反馈装置，在既保持制动器整体尺寸紧凑且输出较大阻尼转矩的同时，又需要设计出合理的磁力线走向成为了多自由度制动器亟需解决的一个问题。

发明内容

为了克服背景技术中存在的问题，本实用新型提供一种具有多自由度的触觉装置用球形磁流变制动器。触觉装置上操纵杆手柄带动球形转子运动，球形转子可在三轴向产生旋转运动，当励磁线圈通电产生磁场时，磁流变液在磁场作用下产生磁流变效应，通过控制励磁线圈通电电流大小，可在三轴向产生不同大小的阻尼转矩，阻碍球形转子在三个自由度方向的转动，从而实现制动目的。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案包括：制动器压板(1)、制动器端盖(2)、导磁盘(3)、励磁线圈(4)、制动器底座(5)、球形转子(6)、隔磁盘(7)、制动器缸筒(8)及螺栓(9)；制动器压板(1)中间加工有圆形通孔，制动器压板(1)下端面与球形转子(6)间隙配合，并通过密封圈进行密封；制动器压板(1)与制动器端盖(2)通过密封圈进行密封，两者通过螺钉固定连接；制动器端盖(2)中间加工有圆形通孔，圆形通孔内表面与制动器压板(1)外表面过盈配合；制动器端盖(2)圆形通孔内表面下半部分加工成球形凹槽；导磁盘(3)中间加工有球形凹槽；隔磁盘(7)中间加工有圆形通孔，制动器缸筒(8)中间加工有圆形通孔；制动器缸筒(8)圆形通孔内表面与隔磁盘(7)圆形通孔外表面过渡配合；制动器底座(5)中间部位加工有球形凹槽；励磁线圈(4)缠绕在隔磁盘(7)和制动器底座(5)围成的凹槽内；制动器端盖(2)、导磁盘(3)、制动器缸筒(8)及制动器底座(5)通过螺栓(9)紧固连接；制动器端盖(2)、导磁盘(3)及制动器底座(5)的球形凹槽组合形成球形空腔，球形转子(6)位于球形空腔内，球形空腔内表面与球形转子(6)外表面之间形成的间隙构成磁流变液流动的有效阻尼通道。

本实用新型与背景技术相比，具有的有益效果是：

(1) 本实用新型采用球形转子与球形腔体互相配合，可实现三自由度旋转运动。球形磁流变制动器可在三轴向产生转矩，较好的满足了触觉应用中力反馈装置的需求。

(2) 本实用新型通过导磁盘和隔磁盘的组合，引导磁力线从高磁导率的材料中通过，保证了磁力线能够正确通过阻尼间隙。同时，本实用新型充分利用了球形阻尼间隙的长度，可在不增加制动器缸筒外形结构尺寸的情况下，有效提高制动器的阻尼转矩和工作性能。