一種基于磁流變的可控變剛度腿的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及智能機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于磁流變液的變剛度腿。
【背景技術(shù)】
[0002]在自然界中，動(dòng)物在奔跑時(shí)，腿的剛度可以根據(jù)地面的剛度來(lái)自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使腿在不同的地面上都能保持相似的力學(xué)特性。這個(gè)優(yōu)勢(shì)也使得真實(shí)世界中的動(dòng)物能夠在更加廣泛的地面上活動(dòng)。近幾年來(lái)，變剛度腿的研究也吸引著國(guó)內(nèi)外很多的學(xué)者，在這些變剛度腿的設(shè)計(jì)中，都是單純的采用機(jī)械結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)剛度變化，機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且需要提供額外的動(dòng)力實(shí)現(xiàn)變剛度的功能。磁流變液是一種智能材料，通過(guò)施加不同強(qiáng)度的磁場(chǎng)，能夠快速有效的對(duì)磁場(chǎng)做出反應(yīng)，因此，通過(guò)巧妙的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)可以對(duì)磁流變液的宏觀剪切力實(shí)現(xiàn)快速、連續(xù)、有效的控制。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型的目的在于通過(guò)使用一個(gè)電機(jī)，結(jié)合磁流變液的特性實(shí)現(xiàn)行走裝置的變剛度目的，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、有效，實(shí)現(xiàn)了對(duì)剛度的實(shí)時(shí)、有效控制，將傳統(tǒng)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和智能材料相結(jié)合，提供一種變剛度腿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的新想法。
[0004]本實(shí)用新型的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的:一種基于磁流變的可控變剛度腿，包括磁流變阻尼模塊、一個(gè)連接帶、一對(duì)腿部支撐桿、一對(duì)足部支撐桿、一對(duì)扭簧、中心桿以及兩個(gè)連接桿，其中:
[0005]磁流變液阻尼模塊與兩個(gè)腿部支撐桿左右對(duì)稱(chēng)連接；
[0006]兩個(gè)扭簧左右對(duì)稱(chēng)安裝在磁流變阻尼模塊與腿部支撐桿之間，扭簧兩端分別與磁流變阻尼裝置端蓋及腿部支撐桿相連接；
[0007]兩個(gè)足部支撐桿與兩個(gè)腿部支撐桿通過(guò)中心桿連接，足部支撐桿可相對(duì)腿部支撐桿轉(zhuǎn)動(dòng)；兩個(gè)足部支撐桿兩端通過(guò)連接桿8將兩個(gè)足部支撐桿連接為一體；
[0008]連接帶一端纏繞在磁流變液阻尼模塊上，連接帶另一端與足部支撐桿一端連接。
[0009]其中，磁流變阻尼模塊具體為旋轉(zhuǎn)式磁流變阻尼器。
[0010]其中，變剛度腿中包含一個(gè)由足部支撐桿和中心桿組成的，以中心桿為支撐點(diǎn)的杠桿裝置。
[0011]其中，通過(guò)調(diào)控磁流變阻尼模塊阻尼力及連接帶的伸長(zhǎng)來(lái)改變整個(gè)腿的剛度。
[0012]其中，變剛度腿為左右對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)。
[0013]其中，在變剛度腿骨架上可以安裝剛性或柔性的包覆。
[0014]其中，安裝的連接帶的長(zhǎng)度可以根據(jù)具體的要求更換。
[0015]其中，磁流變阻尼模塊由內(nèi)部的閥芯，外部套筒，兩端密封端蓋，勵(lì)磁線圈，右支撐桿，左支撐桿，ο型密封圈，軸用密封圈和磁流變液組成，閥芯與右支撐桿通過(guò)螺紋連接，由右支撐桿軸肩定位，左支撐桿為空心桿，內(nèi)部攻有螺紋，通過(guò)螺紋與右支撐桿連接，左支撐桿一端與閥芯面接觸，另一端通過(guò)安裝在右支撐桿上的彈簧墊圈和螺母緊固，防止右支撐桿軸向移動(dòng)，以此將閥芯與左、右兩支撐桿鎖死成為一體，將漆包線以閥芯中部細(xì)軸為中心按一定方向纏繞，并通過(guò)閥芯內(nèi)所開(kāi)的小孔及右支撐軸中的小孔將兩線端引出，形成可通入電流的勵(lì)磁線圈，右支撐桿上安裝端蓋，端蓋與套筒螺紋連接，同樣，在左支撐桿上安裝端蓋，通過(guò)套筒左側(cè)內(nèi)螺紋和套筒連接，套筒中間開(kāi)有小孔，將磁流變液通過(guò)注射器注入由左、右支撐桿、套筒、端蓋、勵(lì)磁線圈及閥芯形成的空腔里，然后堵住小孔，端蓋上設(shè)置有套筒與端蓋間的Ο型密封圈和支撐桿與端蓋的軸用密封圈，防止套筒旋轉(zhuǎn)過(guò)程中有磁流變液泄漏，左右腿部支撐桿一端開(kāi)有與左右支撐桿軸徑相同的孔，將腿部支撐桿分別套合在左、右支撐桿上，在左、右支撐桿及腿部支撐桿上開(kāi)有小孔，通過(guò)螺釘將兩者固定，在腿部支撐桿及端蓋之間放置扭簧，扭簧一端與腿部支撐桿相連，另一端與端蓋相連，使得變剛度腿在每次起步前，磁流變阻尼裝置均能回到其初始狀態(tài)，腿部支撐桿的另一端與中心桿相連接，中心桿安裝螺母防止腿部支撐桿的軸向移動(dòng)，足部支撐桿通過(guò)中心桿安裝在腿部支撐桿內(nèi)側(cè)，兩端通過(guò)連接桿將左右足部支撐桿連接為一體，通過(guò)螺母固定，在足部支撐桿近磁流變阻尼模塊一端的連接桿上連接連接帶，連接帶另一端纏繞在套筒上，由此形成了一個(gè)可以通過(guò)輸入控制電流來(lái)控制連接帶伸長(zhǎng)率的變剛度腿裝置。
[0016]本實(shí)用新型的原理在于:
[0017]本實(shí)用新型提供的一種基于磁流變液的可變剛度腿包括磁流變阻尼模塊，連接帶、扭簧、腿部支撐桿、連接桿、足部支撐桿，設(shè)計(jì)具有左右對(duì)稱(chēng)性。
[0018]其中，磁流變阻尼模塊是由高磁導(dǎo)率的閥芯及套筒，磁流變液，漆包線，低磁導(dǎo)率左、右支撐桿及密封端蓋組成。左右支撐桿通過(guò)螺紋連接及螺母固定形成一個(gè)整體的支撐桿，漆包線纏繞在閥芯中部形成勵(lì)磁線圈，線圈兩端通過(guò)閥芯及活塞桿中的小孔引出，將閥芯置于套筒中，磁流變液充滿閥芯與套筒之間，并通過(guò)兩端密封端蓋將其密封在封閉環(huán)境中，防止磁流變液的泄露，閥芯、套筒及端蓋均由支撐桿支撐及定位。將支撐桿中引出的漆包線端通入相應(yīng)的電流，閥芯與套筒間形成一定的磁場(chǎng)，電流越大，磁感應(yīng)強(qiáng)度越大，直至飽和，磁流變液受到磁場(chǎng)作用，在閥芯與套筒間的磁流變液中的導(dǎo)磁顆粒形成鏈狀，阻止了套筒與閥芯的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而形成一定的阻力矩。
[0019]將磁流變阻尼模塊中伸出的支撐桿與腿部支撐桿相固接，腿部支撐桿末端通過(guò)中心桿與足部觸地桿中部孔相連接，觸地桿一端與地面接觸，另一端則由連接帶與套筒相連接，由套筒的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來(lái)控制連接帶的伸長(zhǎng)，從而使得磁流變阻尼裝置與連接帶形成一個(gè)剛度可調(diào)裝置，將腿部支撐桿與旋轉(zhuǎn)套筒通過(guò)扭簧連接保持其空載時(shí)回到初始狀態(tài)，從而形成完整的變剛度腿。
[0020]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)及積極效果為:
[0021]1、本實(shí)用新型通過(guò)控制勵(lì)磁線圈電流大小來(lái)實(shí)現(xiàn)剛度的連續(xù)、有效變化，控制策略簡(jiǎn)單、方便、快捷，實(shí)現(xiàn)了行走裝置的半主動(dòng)控制；
[0022]2、本實(shí)用新型應(yīng)用磁流變液和機(jī)械結(jié)構(gòu)的相結(jié)合，設(shè)計(jì)新穎，簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)變剛度腿設(shè)計(jì)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，零件簡(jiǎn)單，易于更換。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖la為本實(shí)用新型一種基于磁流變的可控變剛度腿的結(jié)構(gòu)正視圖；
[0024]圖lb為本實(shí)用新型一種基于磁流變的可控變剛度腿的結(jié)構(gòu)側(cè)視圖；
[0025]圖2為本實(shí)用新型磁流變阻尼模塊部分剖視圖；
[0026]圖3為本實(shí)用新型一種基于磁流變的可控變剛度腿行進(jìn)過(guò)程中變剛度的實(shí)現(xiàn)原理圖；
[0027]其中:1為套筒，2為連接帶，3為扭簧，4為右支撐桿，5為腿部支撐桿，6為中心桿，7為足部支撐桿，8為連接桿，9為端蓋，10為左支撐桿，11為ο型密封圈，12為磁流變液，13為電磁線圈，14為軸用密封圈，15為閥芯。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳述。
[0029]如圖la所示，本實(shí)用新型的一種基于磁流變液的可控變剛度腿，由磁流變阻尼模塊(如圖2剖視圖)，左右兩個(gè)扭簧3，腿部支撐桿5，足部支撐桿7，中心桿6，連接桿8，連接帶2及若干墊片、螺母(未畫(huà)出)組成。如圖3剖視圖所示，磁流變阻尼模塊由內(nèi)部的閥芯15，外部套筒1，兩端密封端蓋9，勵(lì)磁線圈13，右支撐桿4，左支撐桿10，ο型密封圈11、軸用密封圈14和磁流變液12組成。閥芯15與右支撐桿4通過(guò)螺紋連接，由右支撐桿軸間定位，左支撐桿10為空心桿，內(nèi)部攻有螺紋，通過(guò)螺紋與右支撐桿4連接，左支撐桿10 —端與閥芯面