[發明專利]磁流變液離合器的安全型剛度可調機械關節

無效

• 申請號: 200810038539.0
• 申請日: 2008-06-05
• 公開（公告）號: CN101293351A
• 公開（公告）日: 2008-10-29
• 發明（設計）人: 頓向明;頓向勇;平偉;趙霞;王松海
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: B25J17/00
• 分類號: B25J17/00;B25J13/00;B25J19/00;F16D37/02
• 代理公司: 上海交達專利事務所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發明涉及的是一種機械技術領域的機器人，具體地說，是一種磁流變液離合器的安全型剛度可調機械關節。

背景技術

機器人正在走進人類的生活，為人們提供各種各樣的服務。在人與機器人互動上，安全應該是優先考慮的問題。如果能夠一種能夠實現關節剛度可調節的機械臂從而實現柔順控制的話，那么機器人將會變的更加安全。萬一發生碰撞，可以吸收碰撞能量，降低碰撞危險。而磁流變液離合器是利用磁流變液作為工作介質來傳遞動力，磁流變液是一種新型的智能液體，在外加磁場作用下能產生磁流變效應，可以通過電流控制器控制磁流變液來實現調節結構剛度和輸出轉矩。而傳統的變剛度方法一般都是利用彈簧等彈性體的變剛度裝置，是一種被動變剛度方法。這種傳統的機械裝置能夠實現剛度的變化，但是不能實現剛度可以控制調節。

經對現有技術的文獻檢索發現，中國專利號為NO.200710037290.7，公開號為CN?101011825A的專利中公開了一種安全型可變機械關節。它是由多個變剛度約束筒體來達到關節變剛度的，筒體是由內頂桿、電磁體、彈性支撐、剛球、筒壁五部分組成。當電磁體處于通電狀態時，整個系統對外表現剛性關節的特性；當電磁體處于斷電狀態時，整個系統對外表現柔性關節的特性。當它具有作業時的高剛度和沖擊緩沖時的低剛度雙重剛度特性，提高了對外操作安全性，體積小巧，結構緊湊，安裝方便，尤其適用于對體積和重量有較高要求的精細作業機械臂。但這種變剛度的機械臂只有通斷電兩種狀態下所表現出來的不同剛度，不能實現剛度的精確可控，不能對關節剛度進行連續可調的控制。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術所存在的問題和不足，提出一種磁流變液離合器的安全型剛度可調機械關節，利用磁流變液離合器的特殊性能實現關節的扭矩傳遞和根據負載不同剛度連續可調。利用智能液體-磁流變液作為傳動介質，可以實現轉矩和速度的無級變化，響應時間短，易獲得控制信號(通過外加磁場強度)，在負載較大的情況下關節具有較高剛度，關節速度可以降低以獲得更高操作安全性；負載較低時關節剛度較低，關節具有較大柔性，可以在關節速度較快的情形下降低危險。在與人等發生碰撞的時候，離合器分離，關節剛度迅速降低，關節此時具有較大柔順性，可以保護機械臂和人的安全。

本發明是通過以下技術方案實現的，本發明是一種剛度可調關節，包括動力機構、變剛度機構、傳動機構、輸出機構、驅動傳感部件。所述變剛度機構就是磁流變液離合器，通過聯軸器與動力機構和傳動機構連接。

所述驅動傳感部件包括伺服電機驅動器和電機編碼器，是控制關節剛度和關節速度的核心。伺服電機驅動器通過電機編碼器線與關節內電機編碼器連接，通過CAN線與工控機相連。電機驅動器可以通過電機編碼器反饋來實現利用速度環調節關節速度，利用電流環控制電機輸出電流，從而控制磁流變液離合器內磁場強度，進而控制關節剛度和磁流變液離合器傳遞力矩。

所述動力機構包括帶減速器的直流伺服電機、電機法蘭、第一聯軸器。直流伺服電機是安裝在電機法蘭上的，電機法蘭是固定在關節外殼上。直流伺服電機的電機軸和變剛度機構通過第一聯軸器連接。

所述傳動機構包括聯軸器、傳動軸、軸套、軸承座、軸承，傳動軸上套有軸套，軸套上安裝軸承，軸承是裝在軸承座內，聯軸器與變剛度機構相連。

所述輸出機構包括輸出法蘭、隔圈，輸出法蘭與傳動機構中的傳動軸通過螺釘與隔圈固連在一起。

所述磁流變液離合器包括主動軸、磁流變液、主動件、激磁線圈、轉子、滾動軸承、從動軸。與主動軸聯接的主動件為一圓柱形的殼體，轉子與從動軸聯接，從動軸是通過滾動軸承支撐在主動件上的。轉子上嵌有激磁線圈，磁流變液充填在圓柱形殼體和從動轉子的同心環形間隙中。當電磁線圈通入電流后，磁流變液中的懸浮粒子在磁場作用下產生磁化，沿磁場方向相互吸引形成鏈狀，這種鏈狀結構增大了磁流變液的剪切應力，依靠這種剪切應力來傳遞轉矩，從而將主動件與從動軸接合起來，離合器處于接合狀態。線圈斷電后，磁流變液又迅速轉變為Newton流體，因此時由流體的粘性產生的轉矩很小，不能帶動從動軸轉動，離合器脫開。

所述磁流變液主要由載液、磁性顆粒，表面活性劑組成，三者按照重量比例分別為：60％，30％，10％。