[发明专利]一种基于混合电磁铁的柔性机器人用变刚度关节

说明书

一种基于混合电磁铁的柔性机器人用变刚度关节，包括电机，还包括混合电磁铁固定轴套、混合电磁铁、关节外壳、电工纯铁和电机支撑架；混合电磁铁固定轴套、混合电磁铁和电工纯铁位于关节外壳内；其中关节刚度调整部分采用混合电磁铁和弹簧片共同作用，具有刚度调节响应速度快、无延迟、无滞后等优点。实现不通电状态下磁力和刚度的保持，具有节能特性。同时也兼具运动形式简洁、制造简便、操作简单等特点。关节磁路系统中磁通量由永磁体和励磁线圈(铜线圈)中的电流共同决定，因此通过改变励磁线圈中电流的大小和方向，可以实现磁路系统中磁通量增大与减小，即实现关节刚度的增加与减小，且关节刚度变化是非线性的。

技术领域

本发明属于柔性机器人技术领域，特别涉及一种基于混合电磁铁的柔性机器人用变刚度关节，特别适合于柔性串联式变刚度机器人的构建。

背景技术

机器人技术在工业生产、医疗服务、人文娱乐等方向得到了广泛的应用，与人的接触也变得频繁紧密，因此人机交互时的安全性问题正在成为人们关注的热点。柔性变刚度机器人是不同于传统刚性机器人的一类刚度可调的柔性机器人，由于自身刚度可调，可以很大程度的提高人机安全性和环境适应性。柔性变刚度机器人涉及仿生学，机器人学，材料学以及控制学等学科，已经成为未来机器人发展的重要方向。无论是从人与机器人交互时的安全性，还是从人机协作时操作的柔顺性考虑，研究柔性机器人用变刚度关节，都具有实际的应用价值和研究价值。

基于混合电磁铁的柔性机器人用变刚度关节的变刚度能力主要取决于混合电磁铁与弹簧片共同作用下变刚度性能的好坏。所以设计一款体积小、重量轻、关节刚度调节响应迅速的变刚度关节对于解决新一代机器人的人机安全、提高动态特性和轨迹跟踪等关键问题具有重要意义。近些年来，永磁材料性能大幅度提高，特别是稀土永磁材料单位体积磁能高，性能优良。因此利用永磁体间力学和刚度变化非线性特性直接构建变刚度关节，正在成为人们关注的热点。但是目前还未见此类报道。

发明内容

发明目的：

本发明提供一种基于混合电磁铁的柔性机器人用变刚度关节，其目的是提供一种运动形式简洁、制造简便、操作简单、关节刚度调节响应迅速的一种变刚度关节，以解决以往所存在的问题。

技术方案：

一种基于混合电磁铁的柔性机器人用变刚度关节，包括电机(A)，还包括混合电磁铁固定轴套(6)、混合电磁铁、关节外壳(7)、电工纯铁(8)和电机支撑架(10)；混合电磁铁固定轴套(6)、混合电磁铁和电工纯铁(8)位于关节外壳(7)内；

电机支撑架(10)套在电机(A)外，电机输出轴(1)穿过电机支撑架(10)的前端，混合电磁铁安装在混合电磁铁固定轴套(6)的后端，混合电磁铁位于混合电磁铁固定轴套(6)和电工纯铁(8)之间，混合电磁铁固定轴套(6)与电机输出轴(1)固定连接；

电机支撑架(10)的前端伸入关节外壳(7)内，电工纯铁(8)套在电机支撑架(10)伸进关节外壳(7)内的部分上。

该关节还包括弹簧片(5)，弹簧片(5)也位于关节外壳(7)内，弹簧片(5)通过弹簧片固定轴套(14)固定套在电机轴(1)上，弹簧片(5)的外端部嵌于关节外壳(7)内壁的止转槽(7-1)内。

混合电磁铁包括塑料线轴(19)、铜线圈(20)、永磁体(22)和铁芯(25)；所述铁芯(25)在永磁体(22)两侧对称布置，塑料线轴(19)套在铁芯(25)上并与铁芯(25)固结，铜线圈(20)套在塑料线轴(19)上与塑料线轴(19)同轴线布置，塑料线轴(19)、铜线圈(20)、永磁体(22)和铁芯(25)形成整体，永磁体(22)和铁芯(25)连接在混合电磁铁固定轴套(6)上。

两个固定档板(23)在铁芯(25)和永磁体(22)底部的前后两侧与铁芯(25)和永磁体(22)固定，再由固定档板(23)把铁芯(25)和永磁体(22)固定在混合电磁铁固定轴套(6)上。