[实用新型]一种基于磁流变液的混合励磁式机器人柔顺关节

说明书

一种基于磁流变液的混合励磁式机器人柔顺关节，包括动力输入机构、混合励磁偶合器和动力输出机构，动力输入机构的输出轴与混合励磁偶合器的输入轴连接，动力输入机构与后杆固定连接，混合励磁偶合器的输出轴与动力输出机构连接，动力输出机构与前杆固定连接，混合励磁偶合器包括输入轴、励磁线圈、永磁体、隔磁环、主动盘、被动盘、输出轴、磁轭、磁流变液、左端盖和右端盖，左端盖与右端盖之间设置磁轭和隔磁环，隔磁环、左端盖和右端盖组成转子容腔，主动盘、被动盘均位于转子容腔内，隔磁环与磁轭之间安装用以改变转子容腔内磁场强度的励磁线圈；永磁体分别安装在左端盖和右端盖上。本实用新型提高了柔性机器人的安全性。

技术领域

本实用新型涉及机器人领域，具体地说，是一种基于磁流变液的混合励磁式机器人柔顺关节。

背景技术

随着机器人智能感知与控制技术的不断发展，智能机器人逐渐成为人类的工作伙伴，在工业生产、人类生活服务、医疗手术、康复辅助、农业采摘等领域得到了广泛的应用。尤其是关节型串联机器人，由于其拥有显著的优势，在很大程度上代替人类完成了很多可结构化环境中固定流程的工作，特别是在恶劣危险的环境下，机器人可以代替人类完成大部分危险而且枯燥的工作，减轻了人类的劳动强度，改善了人类的作业条件。

近年来，研究人员已不再满足于可结构化环境中关节型串联机器人的固定流程作业应用，不断尝试着把关节型串联机器人应用于多机协同、人机协作等，这对环境感知、智能控制等技术提出了更高的要求，尤其是对机器人的本质安全性设计提出了更高的要求。

传统关节型串联机器人的关节主要由电机、减速机组成，刚性的传动部件为高效、精确的位置控制提供了良好的条件，但在安全性和适应性方面有着明显不足，由于存在刚性冲击，从而无法充分保障机械手在多机协同、人机协作应用时的接触安全，设计开发具有传动刚度自适应能力的机器人柔顺关节，并基于此关节集成开发柔性机器人成为弥补这种不足的有效方式之一。

磁流变液是一种智能材料，具有良好的磁致相变特性。无外加磁场作用时，表现为牛顿流体；而在外加磁场作用下，瞬间由自由流动的牛顿流体变为类固态的黏塑性体，呈现可控的剪切屈服强度，而且这种转变过程是可控、可逆、瞬时响应的。将磁流变液应用于机器人的传动关节，通过改变外加磁场的强度，使机器人的传动关节具有柔顺性，能够实现柔性与刚性的灵活转换，从而使基于此关节的机器人产品在多机协同、人机协作以及易损对象操作时具有更好的安全性。

发明内容

本实用新型提出了一种基于磁流变液的混合励磁式机器人柔顺关节，将磁流变液填充于多层主、从动盘片交叉排列组成的密封容腔中，将永磁体和电磁线圈作为混合励磁模块安装于密封容腔外部，共同组成混合励磁偶合器并安装于输入、输出机构之间，通过调节励磁电流产生可控、可调的外加磁场，使磁流变液转变成黏塑性体，使混合励磁偶合器获得剪切传动能力，从而实现柔顺关节对前、后杆的输入、输出转矩的有效传输且具有柔顺特性。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于磁流变液的混合励磁式机器人柔顺关节，该关节位于机器人的前杆和后杆的连接处，所述柔顺关节包括动力输入机构、混合励磁偶合器、动力输出机构，所述动力输入机构的输出轴与混合励磁偶合器的输入轴连接，所述动力输入机构与后杆固定连接，所述混合励磁偶合器的输出轴与动力输出机构连接，所述动力输出机构与前杆固定连接，所述混合励磁偶合器包括输入轴、励磁线圈、永磁体、隔磁环、主动盘、被动盘、输出轴、磁轭、磁流变液、左端盖和右端盖，所述输入轴安装在左端盖上，所述输出轴安装在右端盖上，所述主动盘的各个主动盘片径向排列间隔安装在挡圈上，伸入所述左端盖内侧的输入轴与最靠近左端盖的主动盘片固定连接；所述被动盘的各个被动盘片径向并排布置在输出轴上，所述主动盘片与被动盘片之间错位布置且相互之间有转动间隙，磁流变液位于所述转动间隙之中，所述转动间隙形成的腔体采用油封进行动密封；