一种磁力关节变刚度执行器制造技术

本发明专利技术属于机器人关节技术领域，特别涉及一种磁力关节变刚度执行器。包括外壳、设置于外壳内的转动轴、转子部分、定子部分及转动刚度调节部分，其中定子部分包括电磁铁圆环，电磁铁圆环套设于转动轴上，并且与外壳固定连接；转子部分包括永磁体圆环，永磁体圆环套设于转动轴上，并且与转动轴固定连接；电磁铁圆环和永磁体圆环之间通过磁性相斥使转子部分和定子部分之间产生阻碍转动的扭矩；转动刚度调节部分和永磁体圆环与外部电源连接，从而形成闭合回路；转动刚度调节部分设置于转子部分和外壳之间。本发明专利技术通过磁力实现变刚度，无需刚度电机，结构简单；通过接入电阻的改变和接入电压的改变，改变电磁铁磁场强度，而实现主，被动变刚度。

A variable stiffness actuator of magnetic joint

【技术实现步骤摘要】
一种磁力关节变刚度执行器
本专利技术属于机器人关节
，特别涉及一种磁力关节变刚度执行器。
技术介绍
机器人在各个方面的应用日益增多，十分有必要确保人与机器人的接触是安全的。这其中有一个重要的研究方向，即机器人的柔顺性。因此研究者提出用柔顺关节来代替传统的刚性关节，以保护人员免受伤害。而然，完全柔顺的关节由于刚度过小，难以适应复杂繁重的工作。于是近年来，变刚度关节这一概念受到了更大关注，这种关节可利用被动元件中储存和释放能量，在工作中可以保持较大的刚度，同时可以在与人员的意外接触时降低自身刚度。在诸如传统工业机器人、康复机器人、看护陪伴型机器人等领域中可以实现更大程度的人机共融。目前变刚度关节的变刚度原理以拮抗、杠杆、变曲面方式为主，在变刚度原理上缺乏创新，且变刚度关节大都存在的刚度电机占用空间过大、结构复杂等问题
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种磁力关节变刚度执行器，以解决现有变刚度关节大都存在的刚度电机占用空间过大、结构复杂等问题。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种磁力关节变刚度执行器，包括：外壳、设置于所述外壳内的转动轴、转子部分、定子部分及转动刚度调节部分；所述定子部分包括电磁铁圆环，所述电磁铁圆环套设于所述转动轴上，并且与所述外壳固定连接；所述转子部分包括永磁体圆环，所述永磁体圆环套设于所述转动轴上，并且与所述转动轴固定连接；所述电磁铁圆环和所述永磁体圆环之间通过磁性相斥使所述转子部分和所述定子部分之间产生阻碍转动的扭矩；所述转动刚度调节部分和所述永磁体圆环与外部电源连接，从而形成闭合回路；所述转动刚度调节部分设置于所述转子部分和所述外壳之间，通过所述转子部分的转动可改变所述转动刚度调节部分接入电路的电阻大小，从而改变所述电磁铁圆环的磁场强度，进而实现主动变刚度。所述电磁铁圆环通过电磁铁半环和铝合金半环焊接而成。所述铝合金半环的两侧设有凸台结构，所述凸台结构通过紧固螺钉与所述外壳连接。所述永磁体圆环为两个，并且分别设置于所述电磁铁圆环的两侧。所述电磁铁圆环与两侧的所述永磁体圆环之间的间距为1mm。所述永磁体圆环由永磁体半环和铝合金半环焊接而成。所述电磁铁圆环一侧的N极与同侧的一永磁体圆环的N极相对应；所述电磁铁圆环另一侧的S极与同侧的另一永磁体圆环的S极相对应。所述转刚度调节部分包括连接器、石墨球及弧形变阻器，其中弧形变阻器设置于所述外壳内壁上，所述石墨球设置于所述连接器上，并且与所述弧形变阻器滑动连接，所述连接器与所述永磁体圆环接触。所述弧形变阻器上设有弧形槽体，所述石墨球与所述弧形槽体滑动连接，所述弧形变阻器通过石墨球在弧形槽体内的滑动而改变接入电路的电阻大小。所述闭合回路上接入变压装置，通过所述变压装置调节接入的电压，从而改变所述电磁铁圆环的磁场强度，进而实现被动变刚度。本专利技术的优点及有益效果是：本专利技术通过磁力实现变刚度，无需刚度电机，结构简单。采用电磁铁圆环和永磁体圆环作为变刚度单元，通过接入电阻的改变和接入电压的改变，改变电磁铁磁场强度，而实现主，被动变刚度。不再需要位置电机，节约了空间。附图说明图1是本专利技术磁力关节变刚度执行器的结构示意图；图2是本专利技术的局部剖视图；图3是本专利技术去除外部壳体部分的轴测图；图4是本专利技术的外部结构示意图；图5是本专利技术外接电路示意图。图中：1.永磁体圆环，2.永磁体圆环固定圈，3.轴上挡圈，4.电磁铁圆环，5.紧固螺钉，6.轴承Ⅰ，7.转动轴，8.外壳，9.轴承Ⅱ，10.平键，11.连接器，12.石墨球，13.弧形变阻器，14.外接变压装置。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细描述。如图1-4所示，本专利技术提供的一种磁力关节变刚度执行器，包括：外壳8、设置于外壳8内的转动轴7、转子部分、定子部分及转动刚度调节部分，其中定子部分包括电磁铁圆环4，电磁铁圆环4套设于转动轴7上，并且与外壳8固定连接；转子部分包括永磁体圆环1，永磁体圆环1套设于转动轴7上，并且与转动轴7固定连接；电磁铁圆环4和永磁体圆环1之间通过磁性相斥使转子部分和定子部分之间产生阻碍转动的扭矩；转动刚度调节部分和永磁体圆环1与外部电源连接，从而形成闭合回路；转动刚度调节部分设置于转子部分和外壳8之间，通过转子部分的转动可改变转动刚度调节部分接入电路的电阻大小，从而改变电磁铁圆环4的磁场强度，进而实现主动变刚度。如图1所示，电磁铁圆环1通过相同直径、相同厚度的电磁铁半环和铝合金半环焊接而成，铝合金半环的两侧设有用于与外壳8连接的凸台结构，凸台结构上设有螺纹孔，外壳8通过紧固螺钉5与凸台结构上的螺纹孔连接。如图2所示，转子部分包括分别设置于定子部分两侧的两个永磁体圆环1，永磁体圆环1与转动轴7通过平键10连接。具体地，永磁体圆环1经永磁体圆环固定圈2在转动轴7固定，转动轴7经轴承Ⅰ6与外壳8接触，轴承Ⅱ9靠转动轴7上的轴肩和轴上挡圈3实现定位。永磁体圆环1由相同直径、相同厚度的永磁体半环和铝合金半环焊接而成。电磁铁圆环4与两侧的永磁体圆环1之间的间距为1mm。电磁铁圆环4一侧的N极与同侧的一永磁体圆环1的N极相对应；电磁铁圆环4另一侧的S极与同侧的另一永磁体圆环1的S极相对应。在受到外部载荷前，电磁铁圆环4与两侧的永磁体圆环1之间，S极与S极，N极与N极部分重合错开；在受到外部载荷而发生转动时，永磁体圆环1相对电磁铁圆环4转动，使S极与S极，N极与N极部分重合，重合时产生的斥力成为转动的阻力，因此产生抗转刚度。如图2、图3所示，转刚度调节部分包括连接器11、石墨球12及弧形变阻器13，其中弧形变阻器13设置于外壳8内壁上，石墨球12设置于连接器11上，并且与弧形变阻器13滑动连接，连接器11与永磁体圆环1接触。其中石墨球12可类比于和滑动变阻器接触的滑片，连接器11确保石墨球12在弧形变阻器13的槽体内滑动时不脱落。弧形变阻器13上设有弧形槽体，石墨球12与弧形槽体滑动连接，通过石墨球12在弧形槽体内的滑动而改变接入电路的电阻大小。本专利技术的磁力关节变刚度执行器，在受到外部载荷而发生转动时，永磁体圆环1带动连接器11和石墨球12在弧形变阻器13的槽体内滑动，引起接入电阻的改变，进而改变电磁铁的磁场强度，是此时变刚度关节执行器的刚度发生变化，即主动变刚度。如图5所示，在闭合电路中接入变压装置，通过变压装置调节接入电压，从而改变电磁铁圆环4磁场强度，进而实现被动变刚度。本专利技术的磁力关节变刚度执行器，在外界变压器进行主动调节时，改变输入电压，改变电磁铁的磁场强度，是此时变刚度关节执行器的刚度发生变化，即被动变刚度。本专利技术的工作原理是：电磁铁圆环4的左表面(S极)与永磁体圆环1的右表面(S极)相距1mm；电磁铁圆环4的右表面N极与永磁体圆环1的左本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁力关节变刚度执行器，其特征在于，包括：外壳(8)、设置于所述外壳(8)内的转动轴(7)、转子部分、定子部分及转动刚度调节部分；/n所述定子部分包括电磁铁圆环(4)，所述电磁铁圆环(4)套设于所述转动轴(7)上，并且与所述外壳(8)固定连接；/n所述转子部分包括永磁体圆环(1)，所述永磁体圆环(1)套设于所述转动轴(7)上，并且与所述转动轴(7)固定连接；/n所述电磁铁圆环(4)和所述永磁体圆环(1)之间通过磁性相斥使所述转子部分和所述定子部分之间产生阻碍转动的扭矩；/n所述转动刚度调节部分和所述永磁体圆环(1)与外部电源连接，从而形成闭合回路；所述转动刚度调节部分设置于所述转子部分和所述外壳(8)之间，通过所述转子部分的转动可改变所述转动刚度调节部分接入电路的电阻大小，从而改变所述电磁铁圆环(4)的磁场强度，进而实现主动变刚度。/n

【技术特征摘要】
1.一种磁力关节变刚度执行器，其特征在于，包括：外壳(8)、设置于所述外壳(8)内的转动轴(7)、转子部分、定子部分及转动刚度调节部分；
所述定子部分包括电磁铁圆环(4)，所述电磁铁圆环(4)套设于所述转动轴(7)上，并且与所述外壳(8)固定连接；
所述转子部分包括永磁体圆环(1)，所述永磁体圆环(1)套设于所述转动轴(7)上，并且与所述转动轴(7)固定连接；
所述电磁铁圆环(4)和所述永磁体圆环(1)之间通过磁性相斥使所述转子部分和所述定子部分之间产生阻碍转动的扭矩；
所述转动刚度调节部分和所述永磁体圆环(1)与外部电源连接，从而形成闭合回路；所述转动刚度调节部分设置于所述转子部分和所述外壳(8)之间，通过所述转子部分的转动可改变所述转动刚度调节部分接入电路的电阻大小，从而改变所述电磁铁圆环(4)的磁场强度，进而实现主动变刚度。


2.根据权利要求1所述的磁力关节变刚度执行器，其特征在于，所述电磁铁圆环(1)通过电磁铁半环和铝合金半环焊接而成。


3.根据权利要求2所述的磁力关节变刚度执行器，其特征在于，所述铝合金半环的两侧设有凸台结构，所述凸台结构通过紧固螺钉(5)与所述外壳(8)连接。


4.根据权利要求1所述的磁力关节变刚度执行器，其特征在于，所述永磁体圆环(1)为两个，并且分别设置于所述电磁铁圆环(4)的两侧。


5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘玉旺，王鹏，张永超，袁忠秋，张强，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21