[发明专利]塑性磁体电磁牵引装置

说明书

本发明属于为机械关节曲折动作提供牵引力的一种电磁牵引装置。它适用于机械人机械肢体关节动作的动力源，使机械关节可通过计算机实现自动精密的受控运动。

在此之前的机械关节的动作，是由机械的齿轮传动，杠杆传动，液压传动，气压传动或电机、步进电机驱动方式来实现的。它们普遍存在的问题是传动方式复杂，体积庞大、动作粗糙、笨拙、生硬，很难实现简洁柔和、精细轻巧的拟人动作。美国人R.B.IMMEL于1957年5月14日公开的一项专利号为US02792536，名为<电磁阀与传动器>的专利，提供了一种柔性磁体传动的可能性，但由于它的螺线管线圈结构和流质磁体用弹性波纹管容器传动方法的限制，无法获得足够长的有效牵引距离，因此，仅能作为阀控制或传动部件使用，不能实现对机械关节的有效牵引。

本发明的目的是提供一种柔性磁体电磁牵引装置，可提供足够长的牵引距离和足够的牵引力。它的外形模拟人体肌肉的外观，在对它提供电压后，它会象人体肌肉一样呈收缩状态而产生收缩牵引力。这个牵引力的大小，随所加电压的大小而变化。

本发明的目的是这样实现的：它由一个铁芯柱，两个半圆形极帽，一个线圈，两个柔性磁体和弹性外套组成，组装结构为：在铁芯柱的两端头处各装一个半圆形极帽，铁芯柱径向外圆和两极帽间装线圈，线圈径向圆外装一个磁隙套组成一套完整的铁芯体，在上述铁芯体的轴向两端极帽的球顶部，分别各装一个用低弹性的高强度聚脂膜做成的封闭袋囊，内部充填用坡莫合金粉状料与硅油混合的流状磁介质制成的柔性磁体，做成牵引装置的芯体，在这个芯体的外面套装具有高弹性性能的外套，这个外套的两端分别与内部两个柔性磁体的自由端固接。

本发明提供的这种装置，可根据机械肢体的整体尺寸和所需牵引力的大小来确定它的结构尺寸。一个机械关节可由一个或若干个这种装置组合后实现复杂的肢体动作，并可由计算机控制，实现机械肢体的拟人动作。

下面结合说明书附图详细介绍：

附图1为本装置未通电时的舒展状态;

附图2为本装置通电时的收缩状态。

如附图1，本装置由铁芯柱（1），极帽（2），线圈（3），磁隙套（4），柔性磁体（5），弹性外套（6）由内向外依次组装而成。其中，铁芯柱（1），极帽（2）由坡莫合金制作;线圈（3）由高强度漆包线绕制;磁隙套（4）由尼龙或聚四氟乙稀制作。这四个部件共同组装成两端呈球状的圆柱形铁芯体。两个球状端顶部各留有用来分别固定一个柔性磁体（5）的固定端（7）。这个铁芯体是本装置的电磁动力源。

柔性磁体（5），由厚度约为0.01～0.05毫米的高强度低弹性聚脂膜制成袋囊，内部充填含有60%～80%坡莫合金粉状料与硅油混合的流状磁介质液组装而成。袋囊为呈水滴状成形袋，大头的中心端固定在铁芯体球形端固定点（7）上。每个装置有两个柔性磁体分别装在铁芯体的两端。两个柔性磁体的外端分别与弹性外套（6）的两端固接，并一同分别固定在受控机械关节的两个活动臂的受力点上，对机械关节提供动作的动力。

硅油混合液中的硅油，用来降低铁粉的摩擦系数，同时使袋囊保持饱满的外形。

铁粉使用250目左右的坡莫合金粉，使得当线圈（3）通电时，可产生向铁芯体靠拢的作用力。

弹性外套（6），使本装置获得平滑的外形，并能使本装置与外部机械保持稳定的状态，以及在本装置不加电时，提供恢复舒展状态的部分外力。

加电后的状态参见说明书附图2。

随着外加电压的增加，柔性磁体（5）内的铁粉在铁芯体产生的电磁场作用下，由两端向铁芯体球面端靠拢，从而牵动袋囊也向铁芯体靠拢并产生翻转变形，因而牵动机械关节作弯曲动作。铁芯体获取的电功率越高，铁粉被吸附的越多，直至带动袋囊向铁芯体腰部翻转爬行。袋囊在铁芯体对铁粉的吸附力作用下，翻转变形并贴附在铁芯体外表面，随着铁芯体吸附铁粉量的增加，袋囊不断变形，被铁粉带动向铁芯体的腰部磁隙处靠拢。

当两端的柔性磁体（5）在达到铁芯体腰部的磁隙区后，内部的铁粉在磁场的作用下产生相互吸引的作用力，进一步加大牵引力，更有力地牵引机械关节的动作，直到两端的两个柔性磁体在铁芯体腰部磁隙处合拢形成闭合磁路，牵引装置的整体收缩达到极限，中腰部隆起，受控机械的关节弯曲也达到极限。

当外加电压减弱或消失时，电磁作用力也随之减弱或消失，机械关节在其它外力（反方向弹性力或反方向牵引的另一组柔性磁体电磁牵引装置）的作用下逐渐伸直，直到恢复原始状态。