[0024]更進(jìn)一步，所述離合器腔體12的下部設(shè)有開(kāi)口朝下的圓柱形槽，所述圓柱形槽的內(nèi)徑比所述旋轉(zhuǎn)磁鐵摩擦片11、彈簧端摩擦片14大，所述旋轉(zhuǎn)磁鐵摩擦片11和彈簧端摩擦片14大小相等，所述旋轉(zhuǎn)磁鐵摩擦片11、彈簧端摩擦片14和彈簧13依次位于所述圓柱形槽內(nèi)。
[0025]本實(shí)施例中，磁控變剛度驅(qū)動(dòng)器由電機(jī)、彈簧、旋轉(zhuǎn)磁鐵摩擦片、彈簧端摩擦片、離合器傳動(dòng)軸等組成，其中旋轉(zhuǎn)磁鐵摩擦片是一個(gè)旋轉(zhuǎn)電磁鐵。當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁鐵摩擦片通電時(shí)，兩摩擦片吸合，離合器可以傳遞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁鐵摩擦片斷電時(shí)，兩摩擦片在彈簧的作用下分開(kāi)，離合器失去傳動(dòng)作用；當(dāng)調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)磁鐵摩擦片的磁場(chǎng)強(qiáng)度，可以實(shí)現(xiàn)兩摩擦片之間的有差傳動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)傳動(dòng)比和傳動(dòng)剛度的無(wú)極調(diào)節(jié)。
[0026]磁流變?nèi)犴樋刂破饔擅芊馇惑w、第一齒輪、第二齒輪、第一齒輪軸、第二齒輪軸、電磁線圈、磁流變液組成。磁流變液受到磁場(chǎng)作用時(shí)會(huì)由液態(tài)向固態(tài)無(wú)極變化，磁場(chǎng)強(qiáng)度為零時(shí)磁流變液保持液態(tài)，磁場(chǎng)強(qiáng)度足夠大時(shí)磁流變液轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)。因此，當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度為零時(shí)，柔順控制器具有零阻尼特性，為零阻尼傳動(dòng)部件；當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度足夠大時(shí)，相互嚙合的兩個(gè)齒輪均被固定，柔順控制器處于完全制動(dòng)狀態(tài)；改變電磁線圈的電流，可以改變通過(guò)磁流變液的磁場(chǎng)強(qiáng)度，從而可以改變磁流變液的粘度，獲得需要的阻尼。
[0027]本實(shí)施例的剛性驅(qū)動(dòng)、柔順調(diào)控的自適應(yīng)機(jī)器人關(guān)節(jié)由磁控變剛度驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)，由第一傘輪、第二傘輪和磁流變?nèi)犴樋刂破鲗㈦姍C(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞至前臂，使前臂做彎曲和伸直運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)控制策略分析如下:
[0028]I)磁控離合器通電，摩擦片吸合，柔順控制器的電磁線圈保持?jǐn)嚯?，此時(shí)控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)，前臂開(kāi)始做彎曲或者伸直運(yùn)動(dòng)。該運(yùn)動(dòng)過(guò)程表現(xiàn)為剛性。
[0029]2)當(dāng)運(yùn)動(dòng)到目標(biāo)位姿后，降低磁控離合器的磁場(chǎng)強(qiáng)度，減小旋轉(zhuǎn)電磁鐵的吸附力，從而減小兩摩擦片之間的摩擦力，柔順控制器通電，磁流變液轉(zhuǎn)變?yōu)槟z態(tài)或固態(tài)，膠態(tài)或固態(tài)的磁流變液使前臂的位姿得到保持。此時(shí)，可以通過(guò)控制電磁線圈的磁場(chǎng)強(qiáng)度使磁流變液達(dá)到需要的粘稠度，從而使前臂得到需要的抓持力，抓持過(guò)程中還可以通過(guò)改變電磁線圈的磁場(chǎng)強(qiáng)度來(lái)改變抓持力。該過(guò)程表現(xiàn)為主動(dòng)柔性。
[0030]3)當(dāng)運(yùn)動(dòng)到目標(biāo)位姿后，通過(guò)磁流變液來(lái)保持位姿，此時(shí)可以通過(guò)力反饋與相關(guān)補(bǔ)償策略來(lái)協(xié)調(diào)控制磁控變剛度驅(qū)動(dòng)器、柔順控制器的接觸剛度、磁流變液阻尼、運(yùn)動(dòng)速度與運(yùn)動(dòng)方向，使前臂保持有效的抓持姿勢(shì)。該過(guò)程表現(xiàn)為被動(dòng)柔性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種剛性驅(qū)動(dòng)、柔順調(diào)控的自適應(yīng)機(jī)器人關(guān)節(jié)，該關(guān)節(jié)位于機(jī)器人的前桿和后桿的連接處，其特征在于:所述自適應(yīng)機(jī)器人關(guān)節(jié)包括磁流變?nèi)犴樋刂破骱痛趴刈儎偠闰?qū)動(dòng)器， 所述磁流變?nèi)犴樋刂破靼芊馇惑w、第一齒輪、第二齒輪和電磁線圈，所述密封腔體內(nèi)填充磁流變液，所述密封腔體內(nèi)設(shè)置第一齒輪和第二齒輪，所述第一齒輪和第二齒輪嚙合，所述第一齒輪的第一齒輪軸、第二齒輪的第二齒輪軸均分別伸出所述密封腔體，所述密封腔體的側(cè)邊安裝用以改變密封腔體內(nèi)磁場(chǎng)強(qiáng)度的電磁線圈，所述第一齒輪軸固定安裝在所述前桿的下部； 所述磁控變剛度驅(qū)動(dòng)器包括電機(jī)、旋轉(zhuǎn)磁鐵摩擦片、離合器腔體、彈簧、彈簧端摩擦片和離合器傳動(dòng)軸，所述電機(jī)固定安裝在所述后桿內(nèi)，所述電機(jī)的輸出軸上安裝所述旋轉(zhuǎn)磁鐵摩擦片，所述旋轉(zhuǎn)磁鐵摩擦片為具有調(diào)節(jié)磁場(chǎng)強(qiáng)度功能的旋轉(zhuǎn)電磁鐵，所述旋轉(zhuǎn)磁鐵摩擦片與彈簧端摩擦片正對(duì)，所述彈簧端摩擦片與離合器傳動(dòng)軸一端連接，所述離合器傳動(dòng)軸的中部安裝在離合器腔體上，靠近彈簧端摩擦片側(cè)的離合器傳動(dòng)軸上套裝彈簧，所述彈簧一端連接在離合器腔體內(nèi)，所述彈簧的另一端與彈簧端摩擦片連接；所述離合器傳動(dòng)軸的另一端安裝第一傘輪； 所述第二齒輪軸固定在所述后桿的上部，所述第二齒輪軸與所述離合器傳動(dòng)軸呈相互垂直，所述第二齒輪軸上安裝第二傘輪，所述第二傘輪與所述第一傘輪嚙合。
2.如權(quán)利要求1所述的剛性驅(qū)動(dòng)、柔順調(diào)控的自適應(yīng)機(jī)器人關(guān)節(jié)，其特征在于:所述前桿的下部開(kāi)有下凹槽，所述密封腔體的上部伸入所述下凹槽內(nèi)，所述電磁線圈位于下凹槽底部。
3.如權(quán)利要求1或2所述的剛性驅(qū)動(dòng)、柔順調(diào)控的自適應(yīng)機(jī)器人關(guān)節(jié)，其特征在于:所述后桿的上部開(kāi)有上凹槽，所述電機(jī)位于所述上凹槽的底部，所述離合器腔體位于上凹槽的中部，所述第二齒輪軸位于所述上凹槽的上部。
4.如權(quán)利要求3所述的剛性驅(qū)動(dòng)、柔順調(diào)控的自適應(yīng)機(jī)器人關(guān)節(jié)，其特征在于:所述離合器腔體的下部設(shè)有開(kāi)口朝下的圓柱形槽，所述圓柱形槽的內(nèi)徑比所述旋轉(zhuǎn)磁鐵摩擦片、彈簧端摩擦片大，所述旋轉(zhuǎn)磁鐵摩擦片和彈簧端摩擦片大小相等，所述旋轉(zhuǎn)磁鐵摩擦片、彈簧端摩擦片和彈簧依次位于所述圓柱形槽內(nèi)。
【專利摘要】一種剛性驅(qū)動(dòng)、柔順調(diào)控的自適應(yīng)機(jī)器人關(guān)節(jié)，該關(guān)節(jié)位于機(jī)器人的前桿和后桿的連接處，所述自適應(yīng)機(jī)器人關(guān)節(jié)包括磁流變?nèi)犴樋刂破骱痛趴刈儎偠闰?qū)動(dòng)器，磁流變?nèi)犴樋刂破靼芊馇惑w、第一齒輪、第二齒輪和電磁線圈，所述密封腔體內(nèi)填充磁流變液，第一齒輪軸固定安裝在所述前桿的下部；磁控變剛度驅(qū)動(dòng)器包括電機(jī)、旋轉(zhuǎn)磁鐵摩擦片、離合器腔體、彈簧、彈簧端摩擦片和離合器傳動(dòng)軸，所述第二齒輪軸固定在所述后桿的上部，所述第二齒輪軸與所述離合器傳動(dòng)軸呈相互垂直，所述第二齒輪軸上安裝第二傘輪，所述第二傘輪與所述第一傘輪嚙合。本實(shí)用新型提供一種同時(shí)具備剛性、被動(dòng)柔性、主動(dòng)柔性的剛性驅(qū)動(dòng)、柔順調(diào)控的自適應(yīng)機(jī)器人關(guān)節(jié)。
【IPC分類】B25J17-02
【公開(kāi)號(hào)】CN204450579
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520013938
【發(fā)明人】蔡世波, 李昆, 錢振, 鮑官軍, 胥芳, 楊慶華, 張立彬
【申請(qǐng)人】浙江工業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年7月8日
【申請(qǐng)日】2015年1月9日