專利名稱：一種采用磁性力實現(xiàn)剛度可調(diào)的主動柔順裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種采用磁性力實現(xiàn)剛度可調(diào)的主動柔順裝置，該主動柔順裝置 通過調(diào)節(jié)電磁鐵上加載的電流強弱來實現(xiàn)剛度的調(diào)節(jié)。
背景技術(shù)：
柔順性能是自主移動機器人運動實現(xiàn)和控制中的關(guān)鍵技術(shù)，特別是對于腿足式仿 生移動機器人尤其突出。 一般而言機器人足端或者腿部關(guān)節(jié)設(shè)有柔順裝置，對運動中 的沖擊進行緩沖，以增加機器人對不同運動環(huán)境的適應(yīng)性。
采用彈簧等機械裝置雖然可以實現(xiàn)柔順，但該方法是一種被動柔順，柔順剛
度不可調(diào)節(jié)；同時為了保證結(jié)構(gòu)強度， 一般結(jié)構(gòu)尺寸較大；氣動人工肌肉可以實 現(xiàn)剛度可調(diào)的主動柔順功能，但是控制設(shè)備昂貴、復(fù)雜，控制實現(xiàn)中非線性特征 嚴(yán)重，極難控制。 發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種釆用磁性力實現(xiàn)剛度可調(diào)的主動柔順裝置，通 過控制加載在電磁鐵上線圈內(nèi)的電流大小從而改變?nèi)犴樠b置的剛度，以適應(yīng)不同 工作狀態(tài)。
本實用新型的一種采用磁性力實現(xiàn)剛度可調(diào)的主動柔順裝置，其特征在于該主 動柔順裝置由套筒(1)、電磁鐵(3)、 A永磁體(2)和B永磁體(5)組成；A永 磁體(2)置于套筒(1)的套筒左端(13)內(nèi)，電磁鐵(3)置于套筒(1)內(nèi)的中 心位置，B永磁體(5)置于套筒(1)的套筒右端(12)內(nèi)，且電磁鐵(3)的線圈 A端(3a)、線圈B端(3b)與外部電源的正極、負極連接；
套筒(1)為空心圓柱結(jié)構(gòu)，套簡右端(12)設(shè)有B通孔(11)，套筒左端(13)
為密封端；
A永磁體(2)為圓柱結(jié)構(gòu)；
B永磁體(5)為中心開有A通孔(51)的 結(jié)構(gòu)；電磁鐵(3)由鐵心(35)、線圈(31)、連桿(4)構(gòu)成；連桿(4)為空心圓 柱結(jié)構(gòu)，連桿(4)的中心設(shè)有D通孔(42)，連桿(4) 一端的桿體上開有C通孔 (41);鐵心(35)為實心圓柱結(jié)構(gòu)，鐵心(35)的左端(33)與右端(34)之間 設(shè)有凹環(huán)體(36)，鐵心(35)的右端(34)圓環(huán)上開有凹槽(32);線圈(31) 纏繞在鐵心(35)的凹環(huán)體(36)上，線圈(31)的線圈A端(3a)、線圈B端(3b) 順次經(jīng)凹槽(32)、 C通孔(41)、 D通孔(42)后與外部電源的正極、負極連接； 連桿(4)的一端連接在鐵心(35)的右端(34)的圓環(huán)端面上，連桿(4)的另一 端穿過B永磁體(5)的A通孔(51)、套筒右端(12)的B通孔(11)后伸出套 筒(1)夕卜。
本實用新型剛度可調(diào)的主動柔順裝置的優(yōu)點在于(1)通過控制加載到電磁鐵 上的電流強弱實現(xiàn)主動調(diào)節(jié)剛度；(2)剛度可隨時主動改變，以保證其始終處于最 佳剛度；(3)不存在金屬疲勞、磨損和腐蝕問題，使用壽命長；(4)結(jié)構(gòu)輕巧緊湊， 組裝方便快捷；結(jié)構(gòu)簡單、易加工。

圖1是本實用新型主動柔順裝置的外部結(jié)構(gòu)圖。
圖2是本實用新型電磁鐵的結(jié)構(gòu)圖。
圖3是圖1的A—A剖視圖。
圖4是本實用新型不同磁極性放置的剖視圖。
圖中 l.套筒 ll.B通孔 12.套筒右端 13.套簡左端
2.A永磁體 3.電磁鐵 31.線圈 32.凹槽 33.左端
34.右端 35.鐵心 36.凹環(huán)體 3a應(yīng)圈A端 3b.線圈B端
4.連桿 41.C通孔 42.D通孔 5.B永磁體 51.A通孔
具體實施方式
下面將結(jié)合附圖對本實用新型做進一步的詳細說明。
本實用新型是一種釆用磁性力實現(xiàn)剛度可調(diào)的主動柔順裝置，是通過控制電磁鐵 3所通過的電流大小來控制其磁場強度的大小，從而達到調(diào)節(jié)回復(fù)力大小的效果，最 終實現(xiàn)調(diào)節(jié)柔順裝置的剛度。參見圖1、圖2所示，本實用新型是一種釆用磁性力實現(xiàn)剛度可調(diào)的主動柔順裝 置，該主動柔順裝置由套筒1、電磁鐵3、 A永磁體2和B永磁體5組成；A永磁體 2置于套筒1的套筒左端13內(nèi)，電磁鐵3置于套筒1內(nèi)的中心位置，B永磁體5 置于套筒1的套筒右端12內(nèi)，且電磁鐵3的線圈A端3a、線圈B端3b與外部電 源的正極、負極連接。
參見圖l、圖3、圖4所示，套筒l為空心圓柱結(jié)構(gòu)，套筒右端12設(shè)有B通孔 11 ，套筒左端13為密封端；B通孔11用于連桿4通過。套筒1采用導(dǎo)磁材料，如 45號鋼。
參見圖2、圖3、圖4所示，電磁鐵3由鐵心35、線圈31、連桿4構(gòu)成；連桿 4為空心圓柱結(jié)構(gòu)，連桿4的中心設(shè)有D通孔42 (用于線圈31的線圈A端3a、 線圈B端3b通過后與外部電源的正極、負極連接)，連桿4 一端的桿體上開有C通 孔41 (線圈31的線圈A端3a、線圈B端3b通過)；鐵心35為實心圓柱結(jié)構(gòu)，鐵 心35的左端33與右端34之間設(shè)有凹環(huán)體36，鐵心35的右端34圓環(huán)上開有凹 槽32;線圈31纏繞在鐵心35的凹環(huán)體36上，線圈31的線圈A端3a、線圈B 端3b順次經(jīng)凹槽32、 C通孔41、 D通孔42后與外部電源的正極、負極連接。連 桿4的一端連接在鐵心35的右端34的圓環(huán)端面上，連桿4的另一端穿過B永磁體 5的A通孔51、套筒右端12的B通孔11后伸出套筒1外；電磁鐵3放置于套筒 1的中間位置。
參見圖3、圖4所示，A永磁體2為圓柱結(jié)構(gòu)。A永磁體2放置于套筒1的套 筒左端13內(nèi)，即套筒1的密封端底部。A永磁體2與鐵心35的左端33 —般相距 1 5cw。 A永磁體2采用釹鐵硼。
參見圖3、圖4所示，B永磁體5為中心開有A通孔51的圓環(huán)結(jié)構(gòu)，A通孔 51用于連桿4通過。B永磁體5放置于套筒1的套筒右端12內(nèi)，即套筒1的開口 端。B永磁體5與鐵心35的右端34 —般相距1 5cm 。 B永磁體5采用釹鐵硼。 在本實用新型中，關(guān)于A永磁體2、 B永磁體5的布置，只要使得這兩個永磁體的 放置方向相同即可。通過控制電磁鐵3上線圈31的線圈A端3a、線圈B端3b中 的電流流向便得到電磁鐵3與兩邊的永磁鐵(A永磁體2、 B永磁體5)同時受到斥 力作用的效果。本實用新型的采用磁性力實現(xiàn)剛度可調(diào)的主動柔順裝置，A永磁體2、 B永磁體 5分別固定于套筒1的兩端(套筒左端13、套筒右端12)，并使A永磁體2與B永 磁體5的極性相同放置，即，當(dāng)A永磁體2的N極向套筒左端13，則B永磁體5 的N極也向套筒左端13;反之，當(dāng)A永磁體2的N極向套筒右端12，則B永磁體 5的N極也向套筒右端12。當(dāng)A永磁體2的S極向套筒右端12，則B永磁體5的 S極也向套筒右端12;反之，當(dāng)A永磁體2的S極向套筒左端13，則B永磁體5 的S極也向套筒左端13。電磁鐵3處于套筒1中間(即置于A永磁體2與B永磁 體5之間)，向電磁鐵3的線圈31上加載電流時，將使電磁鐵3產(chǎn)生磁性，電磁鐵 3產(chǎn)生的磁性與成對的永磁鐵(A永磁體2與B永磁體5構(gòu)成一對永磁鐵)磁性相 排斥，這樣電磁鐵3與A永磁體2、 B永磁體5之間產(chǎn)生一定斥力，且斥力在電磁 鐵3行程方向上存在一定梯度，以起到類似于"彈簧"的效果。通過控制電磁鐵3 所通過的電流大小(外部電源提供)，控制電磁鐵3的磁性的強弱，從而達到調(diào)節(jié)斥 力大小的效果，最終實現(xiàn)調(diào)節(jié)柔順裝置的剛度。
本實用新型設(shè)計的一種采用磁性力實現(xiàn)剛度可調(diào)的主動柔順裝置，將A永磁體、 B永磁體安置于一套倚的兩端形成一對永磁鐵，永磁鐵的磁場方向相同；在套筒中， 連桿與電磁鐵一端相連，電磁鐵產(chǎn)生的磁場方向于永磁鐵相反；電磁鐵受到A永磁 體、B永磁體產(chǎn)生的斥力從而緩沖連桿上的沖擊；通過調(diào)節(jié)加載在電磁鐵上的電流強 弱來改變本實用新型主動柔順裝置的剛度。本主動柔順裝置可以用于自主移動利4器人 運動控制實現(xiàn)，并可以推廣至其它相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域。
權(quán)利要求1、一種采用磁性力實現(xiàn)剛度可調(diào)的主動柔順裝置，其特征在于該主動柔順裝置由套筒(1)、電磁鐵(3)、A永磁體(2)和B永磁體(5)組成；A永磁體(2)置于套筒(1)的套筒左端(13)內(nèi)，電磁鐵(3)置于套筒(1)內(nèi)的中心位置，B永磁體(5)置于套筒(1)的套筒右端(12)內(nèi)，且電磁鐵(3)的線圈A端(3a)、線圈B端(3b)與外部電源的正極、負極連接；套筒(1)為空心圓柱結(jié)構(gòu)，套筒右端(12)設(shè)有B通孔(11)，套筒左端(13)為密封端；A永磁體(2)為圓柱結(jié)構(gòu)；B永磁體(5)為中心開有A通孔(51)的圓環(huán)結(jié)構(gòu)；電磁鐵(3)由鐵心(35)、線圈(31)、連桿(4)構(gòu)成；連桿(4)為空心圓柱結(jié)構(gòu)，連桿(4)的中心設(shè)有D通孔(42)，連桿(4)一端的桿體上開有C通孔(41)；鐵心(35)為實心圓柱結(jié)構(gòu)，鐵心(35)的左端(33)與右端(34)之間設(shè)有凹環(huán)體(36)，鐵心(35)的右端(34)圓環(huán)上開有凹槽(32)；線圈(31)纏繞在鐵心(35)的凹環(huán)體(36)上，線圈(31)的線圈A端(3a)、線圈B端(3b)順次經(jīng)凹槽(32)、C通孔(41)、D通孔(42)后與外部電源的正極、負極連接；連桿(4)的一端連接在鐵心(35)的右端(34)的圓環(huán)端面上，連桿(4)的另一端穿過B永磁體(5)的A通孔(51)、套筒右端(12)的B通孔(11)后伸出套筒(1)外。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用磁性力實現(xiàn)剛度可調(diào)的主動柔順裝置，其特征在于 A永磁體(2)與鐵心(35)的左端(33)相距l(xiāng) 5cm。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用磁性力實現(xiàn)剛度可調(diào)的主動柔順裝置，其特征在于 B永磁體(5)與鐵心(35)的右端(34)相距l(xiāng) 5cm。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用磁性力實現(xiàn)剛度可調(diào)的主動柔順裝置，其特征在于 A永磁體(2)與B永磁體(5)的磁性放置方向相同。
專利摘要本實用新型公開了一種采用磁性力實現(xiàn)剛度可調(diào)的主動柔順裝置，由套筒、電磁鐵、A永磁體和B永磁體組成，將A永磁體、B永磁體安置于一套筒的兩端形成一對永磁鐵，永磁鐵的磁場方向相同；在套筒中，連桿與電磁鐵一端相連，電磁鐵產(chǎn)生的磁場方向于永磁鐵相反；電磁鐵受到A永磁體、B永磁體產(chǎn)生的斥力從而緩沖連桿上的沖擊；通過調(diào)節(jié)加載在電磁鐵上的電流強弱來改變本實用新型主動柔順裝置的剛度。本主動柔順裝置可以用于自主移動機器人運動控制實現(xiàn)，并可以推廣至其它相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域。
文檔編號H01F7/06GK201251980SQ20082010964
公開日2009年6月3日 申請日期2008年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月5日
發(fā)明者聰 劉, 張厚祥, 畢樹生 申請人:北京航空航天大學(xué)