[发明专利]一种基于磁流变效应的外骨骼机器人关节作动器

说明书

本发明公开了一种基于磁流变效应的外骨骼机器人关节作动器，主要包括膝关节作动器、股骨、膝关节作动器连接板、转轴、圆柱滚子轴承、旋转叶片、端盖、线圈、外接电源、磁流变液。所述的外骨骼膝关节作动器上部通过轴与股骨相连接，下部通过螺栓与胫骨固定，旋转叶片通过普通平键与转轴相连接，旋转叶片内装有一定体积的磁流变液，转轴通过圆柱滚子轴承和端盖与膝关节相连接，线圈按一定规律排布在旋转叶片外围的膝关节作动器上，并与外接电源和控制器连接。所述关节作动器通过外接电源及其控制器控制线圈通电顺序，产生旋转磁场，进而带动旋转叶片转动，从而使膝关节运动。

技术领域

本发明涉及工业机器人技术领域，属于一种利用磁流变效应使关节发生运动的外骨骼机器人关节作动器。

背景技术

外骨骼机器人的驱动系统大多为电动机驱动，在关节处安装电机造成关节尺寸较大且增加外骨骼负载，电动机在矿井下使用时，需选择防爆电机，进一步增大了关节体积，增加了负载，集成化程度较低，耗能多，缩短了外骨骼机器人使用时间。

发明内容

为了满足外骨骼机器人关节高集成化、轻负载，响应迅速、安全性高等要求，本发明提供了一种基于磁流变效应的外骨骼机器人关节作动器。

所述的转轴,其特征在于通过普通平键1与股骨固定，两侧由圆柱滚子轴承和通过螺纹与壳体连接的端盖固定在膝关节上，转轴的两侧安装有圆柱滚子轴承，且内部轴肩挡圈和外部端盖以便圆柱滚子轴承进行定位。

所述的旋转叶片，其特征在于利用轴肩和挡圈进行轴向定位，通过普通平键进行周向定位，线圈产生磁场时，磁流变液向磁场方向运动，磁流变液与旋转叶片内壁产生的作用力使旋转叶片发生转动；壳体内部的圆孔内缠有线圈，通过导线与外部电源和控制器相连接，以便于控制通电顺序，产生旋转磁场；膝关节作动器通过关节连接板与胫骨连接。

本发明所提出的一种基于磁流变效应的外骨骼机器人关节作动器，通过控制线圈通电顺序产生的旋转磁场，使磁流变液磁化，产生磁力矩，带动叶片旋转，进而带动关节转动；磁流变液可在固态、液态状态之间切换，可逆性良好，可以产生反应迅速、可控性强的作用力，转换能耗低；机械装置简单，体积小，便于安装与维护，密封性好，安全性高，可适用于环境恶劣的工作场合。

附图说明

如图1所示为一种基于磁流变效应的外骨骼机器人关节作动器的内部结构示意图。

如图2所示为一种基于磁流变效应的外骨骼机器人关节作动器的工作原理示意图。

如图3所示为一种基于磁流变效应的外骨骼机器人关节作动器的旋转叶片结构示意图。

图中：线圈孔（1）、圆柱滚子轴承（2）、转轴（3）、端盖（4）、股骨（5）、旋转叶片(6)、普通平键1(7)、普通平键2(8)、挡圈(9)、关节连接板（10）、空腔（11）。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做具体描述。

如图1所示为一种基于磁流变效应的外骨骼机器人关节作动器的内部结构示意图。

本发明为一种基于磁流变效应的外骨骼机器人关节作动器，膝关节作动器(2)上部通过转轴（6）与股骨（1）连接，下部通过关节连接板（3）与胫骨连接，膝关节作动器(2)作为主动关节，实现膝关节的旋转运动。

如图2所示为一种基于磁流变效应的外骨骼机器人关节作动器的工作原理示意图。

通过对线圈(4A)进行通电产生磁场，旋转叶片 (6a)内的磁流变液受到磁场作用力，发生趋向于磁场方向的流动，磁流变液流动产生的力作用于(6a)，使旋转叶片(6)发生一定角度的转动，直至旋转叶片 (6a)与线圈(1A)磁场方向相同，在旋转叶片(6)发生转动的同时，对线圈(1B)进行通电，同理，使得旋转叶片旋转一定角度，通过控制通电电流大小和通电频率，使旋转叶片发生转动，从而提供一定转矩。磁距角的计算公式为：