[發明專利]內置磁流變液制動器的擺動氣缸

有效

• 申請號: 201010211192.2
• 申請日: 2010-06-25
• 公開（公告）號: CN101865175A
• 公開（公告）日: 2010-10-20
• 發明（設計）人: 李小寧;柏宗春;陳新
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: F15B15/12
• 分類號: F15B15/12
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱顯國

技術領域

本發明涉及一種擺動氣缸，特別是一種內置磁流變液制動器的擺動氣缸。

背景技術

氣動技術的執行元件有直線氣缸、擺動氣缸、氣馬達等主要幾種。擺動氣缸是一種在小于360°范圍內作往復擺動的氣動執行元件，常用于工件的翻轉、分類、夾緊等作業，也用作氣動機械手的指腕關節部，用途十分廣泛。現階段最廣泛的應用方法仍是“兩點式”，主要完成從起始角度到終止角度的擺動。如果中間設置檔塊，也可以完成在兩個檔塊限定范圍內的擺動。

在現代氣動技術應用中，擺動氣缸由于缺乏制動裝置，在需要進行轉角精確控制的場合，轉角的定位精度容易受負載變化和氣體壓力波動影響，一直不能實現中間任意位置的可靠定位，限制了全氣動技術在轉角需要精確控制場合的應用。現在，對擺動氣缸伺服控制方面的研究已經展開，目前研究大多集中在新型組件的研制和不同控制策略的探索上，多數研究者在特定的試驗條件下，在一定程度上提高了擺動氣缸的定位精度和定位剛度。如南京理工大學SMC技術中心的柏艷紅對比例流量閥控制的擺動氣缸位置伺服系統進行了研究，對系統非線性特性的補償方法、線性化數學模型的建立方法以及控制策略等方面進行了深入的理論分析和實驗研究。由于氣體本身存在很大的壓縮性，擺動氣缸有死區，系統阻尼低，比例閥或伺服閥有死區，使得單純的擺動伺服控制輸出剛度低，定位精度容易受負載影響，同時對外界的擾動(比如氣源氣壓的不穩定，比例閥信號的擾動等)很難抑制。磁流變材料是近年國內外開始進行探索、研究的一種新型智能材料。它是由載液和磁性顆粒混合而成的濃稠流體，在磁場的作用下磁流變液可以在短時間內由流動良好的液體變為黏性流體，具有一定的屈服特性，其屈服強度隨磁場強度的增加而增加。磁流變效應連續、可逆、迅速和易于控制的特點使得磁流變液裝置能夠成為電氣控制與機械系統之間簡單、安靜而且響應快的中間裝置。采用這種磁流變材料代替傳統機械制動器的摩擦副，通過內部剪切應力產生制動力矩，控制磁場的強弱，就可以無級地改變制動力矩的大小，容易實現制動過程的自動化、智能化控制，是一種有發展前景的智能結構制動器，如中國專利申請03141793.0和200710192038.3等。但這些研究成果不能與擺動氣缸構成一體，也尚未有將磁流變液制動器用于擺動氣缸的報道。

發明內容

本發明的目的在于提供一種內置磁流變液制動器的擺動氣缸，利用磁流變效應，得到可控的阻尼力矩，利用先進的控制策略可實現系統快速、高精度的位置控制，又可實現速度控制，提高氣動伺服系統的快速響應性和位置控制精度，使系統具有更強的抗干擾能力，當外加磁場強度足夠大時，利用流變效應實現系統的定位死鎖功能，可解決擺動氣缸定位剛度低的問題，擴大擺動氣缸的實際應用范圍。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種內置磁流變液制動器的擺動氣缸，包括主軸、左殼體、限位塊、中殼體、右殼體、氣缸葉片、鍵、轉盤、彈性擋圈；主軸與氣缸葉片固連，中殼體與左殼體相互扣合連接在一起，氣缸葉片軸向兩面分別與左殼體的內表面、中殼體的內表面相配合形成氣缸葉片的擺動腔，限位塊固定于左殼體和中殼體之間，該限位塊與氣缸葉片將擺動腔的進氣腔和出氣腔分開，中殼體與右殼體相互扣合連接在一起，形成放置轉盤和磁流變液的制動腔，驅動腔與制動腔共用主軸，轉盤放置于制動腔中部，主軸上嵌有鍵連接轉盤來限制轉盤與主軸的周向轉動，主軸在轉盤兩端面的軸向位置上一處設置軸肩，另一處開有擋圈槽，槽上設有擋圈，通過軸肩和擋圈限制轉盤的軸向移動，使轉盤固定在主軸上。

本發明與現有技術相比，其顯著優點：本發明提供了一種集成磁流變液制動器的制動擺動氣缸，整體結構完整一體且尺寸合理，利用磁流變技術的優點來彌補氣動擺動伺服系統的缺點，利用磁流變效應，得到可控的阻尼力矩，通過協調控制氣壓驅動與磁流變液制動，可實現系統快速、高精度的位置控制，使擺動氣缸在中間任意位置的可靠定位成為可能，且由于定位是由磁流變液制動器實現的，所以定位剛度很高，抗干擾能力強，上述優勢表明相比傳統的擺動氣缸，制動擺動氣缸在位置伺服方面優勢明顯，擴大了擺動氣缸的實際應用范圍。

附圖說明

圖1為本發明內置磁流變液制動器的擺動氣缸的結構剖面示意圖。

圖2為本發明內置磁流變液制動器驅動部分的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述。