[發(fā)明專利]一種磁力關(guān)節(jié)變剛度執(zhí)行器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911321906.2
• 申請日: 2019-12-20
• 公開（公告）號: CN110978045B
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉玉旺;王鵬;張永超;袁忠秋;張強
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院沈陽自動化研究所
• 主分類號: B25J17/00
• 分類號: B25J17/00;H02K1/27;H02K1/12
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標(biāo)代理有限公司 21002
• 代理人: 何麗英

本發(fā)明屬于機器人關(guān)節(jié)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種磁力關(guān)節(jié)變剛度執(zhí)行器。包括外殼、設(shè)置于外殼內(nèi)的轉(zhuǎn)動軸、轉(zhuǎn)子部分、定子部分及轉(zhuǎn)動剛度調(diào)節(jié)部分，其中定子部分包括電磁鐵圓環(huán)，電磁鐵圓環(huán)套設(shè)于轉(zhuǎn)動軸上，并且與外殼固定連接；轉(zhuǎn)子部分包括永磁體圓環(huán)，永磁體圓環(huán)套設(shè)于轉(zhuǎn)動軸上，并且與轉(zhuǎn)動軸固定連接；電磁鐵圓環(huán)和永磁體圓環(huán)之間通過磁性相斥使轉(zhuǎn)子部分和定子部分之間產(chǎn)生阻礙轉(zhuǎn)動的扭矩；轉(zhuǎn)動剛度調(diào)節(jié)部分和永磁體圓環(huán)與外部電源連接，從而形成閉合回路；轉(zhuǎn)動剛度調(diào)節(jié)部分設(shè)置于轉(zhuǎn)子部分和外殼之間。本發(fā)明通過磁力實現(xiàn)變剛度，無需剛度電機，結(jié)構(gòu)簡單；通過接入電阻的改變和接入電壓的改變，改變電磁鐵磁場強度，而實現(xiàn)主，被動變剛度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于機器人關(guān)節(jié)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種磁力關(guān)節(jié)變剛度執(zhí)行器。

背景技術(shù)

機器人在各個方面的應(yīng)用日益增多，十分有必要確保人與機器人的接觸是安全的。這其中有一個重要的研究方向，即機器人的柔順性。因此研究者提出用柔順關(guān)節(jié)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的剛性關(guān)節(jié)，以保護人員免受傷害。而然，完全柔順的關(guān)節(jié)由于剛度過小，難以適應(yīng)復(fù)雜繁重的工作。于是近年來，變剛度關(guān)節(jié)這一概念受到了更大關(guān)注，這種關(guān)節(jié)可利用被動元件中儲存和釋放能量，在工作中可以保持較大的剛度，同時可以在與人員的意外接觸時降低自身剛度。在諸如傳統(tǒng)工業(yè)機器人、康復(fù)機器人、看護陪伴型機器人等領(lǐng)域中可以實現(xiàn)更大程度的人機共融。目前變剛度關(guān)節(jié)的變剛度原理以拮抗、杠桿、變曲面方式為主，在變剛度原理上缺乏創(chuàng)新，且變剛度關(guān)節(jié)大都存在的剛度電機占用空間過大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種磁力關(guān)節(jié)變剛度執(zhí)行器，以解決現(xiàn)有變剛度關(guān)節(jié)大都存在的剛度電機占用空間過大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問題。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種磁力關(guān)節(jié)變剛度執(zhí)行器，包括：外殼、設(shè)置于所述外殼內(nèi)的轉(zhuǎn)動軸、轉(zhuǎn)子部分、定子部分及轉(zhuǎn)動剛度調(diào)節(jié)部分；

所述定子部分包括電磁鐵圓環(huán)，所述電磁鐵圓環(huán)套設(shè)于所述轉(zhuǎn)動軸上，并且與所述外殼固定連接；

所述轉(zhuǎn)子部分包括永磁體圓環(huán)，所述永磁體圓環(huán)套設(shè)于所述轉(zhuǎn)動軸上，并且與所述轉(zhuǎn)動軸固定連接；

所述電磁鐵圓環(huán)和所述永磁體圓環(huán)之間通過磁性相斥使所述轉(zhuǎn)子部分和所述定子部分之間產(chǎn)生阻礙轉(zhuǎn)動的扭矩；

所述轉(zhuǎn)動剛度調(diào)節(jié)部分和所述永磁體圓環(huán)與外部電源連接，從而形成閉合回路；所述轉(zhuǎn)動剛度調(diào)節(jié)部分設(shè)置于所述轉(zhuǎn)子部分和所述外殼之間，通過所述轉(zhuǎn)子部分的轉(zhuǎn)動可改變所述轉(zhuǎn)動剛度調(diào)節(jié)部分接入電路的電阻大小，從而改變所述電磁鐵圓環(huán)的磁場強度，進而實現(xiàn)主動變剛度。

所述電磁鐵圓環(huán)通過電磁鐵半環(huán)和鋁合金半環(huán)焊接而成。

所述鋁合金半環(huán)的兩側(cè)設(shè)有凸臺結(jié)構(gòu)，所述凸臺結(jié)構(gòu)通過緊固螺釘與所述外殼連接。

所述永磁體圓環(huán)為兩個，并且分別設(shè)置于所述電磁鐵圓環(huán)的兩側(cè)。

所述電磁鐵圓環(huán)與兩側(cè)的所述永磁體圓環(huán)之間的間距為1mm。

所述永磁體圓環(huán)由永磁體半環(huán)和鋁合金半環(huán)焊接而成。

所述電磁鐵圓環(huán)一側(cè)的N極與同側(cè)的一永磁體圓環(huán)的N極相對應(yīng)；所述電磁鐵圓環(huán)另一側(cè)的S極與同側(cè)的另一永磁體圓環(huán)的S極相對應(yīng)。

所述轉(zhuǎn)動剛度調(diào)節(jié)部分包括連接器、石墨球及弧形變阻器，其中弧形變阻器設(shè)置于所述外殼內(nèi)壁上，所述石墨球設(shè)置于所述連接器上，并且與所述弧形變阻器滑動連接，所述連接器與所述永磁體圓環(huán)接觸。

所述弧形變阻器上設(shè)有弧形槽體，所述石墨球與所述弧形槽體滑動連接，所述弧形變阻器通過石墨球在弧形槽體內(nèi)的滑動而改變接入電路的電阻大小。

所述閉合回路上接入變壓裝置，通過所述變壓裝置調(diào)節(jié)接入的電壓，從而改變所述電磁鐵圓環(huán)的磁場強度，進而實現(xiàn)被動變剛度。