CN102794774A

CN102794774A - 一种磁流变智能防滑皮肤

Info

Publication number: CN102794774A
Application number: CN2012102830455A
Authority: CN
Inventors: 谭和平; 谢宁; 刘强; 谭晓婧
Original assignee: 谢宁
Priority date: 2012-08-10
Filing date: 2012-08-10
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2032-08-10
Also published as: CN102794774B

Abstract

本发明公开了一种磁流变智能防滑皮肤，其包括工作单元、平垫，其中：工作单元由圆筒、底板、半球壳、补偿气囊、支撑杆和阻尼体构成，半球壳固定在圆筒的上端，底板固定在圆筒的下端，补偿气囊固定在圆筒内的底板上，阻尼体的中部为圆柱形，而阻尼体的两端均为半球体形，在阻尼体的中部绕有励磁线圈，支撑杆的一端与阻尼体的一端固定，支撑杆的另一端固定在圆筒内的底板上，阻尼体上励磁线圈的引出线通过支撑杆从底板引出，补偿气囊固定在圆筒内的底板上，在圆筒内充满了磁流变液，在平垫的一个平面上分布有多平底个盲孔，平垫的厚度大于圆筒的长度，多个工作单元被固定在平垫的多个平底盲孔内。

Description

一种磁流变智能防滑皮肤

技术领域

本发明属于一种机器人皮肤，具体涉及一种磁流变智能防滑皮肤。

背景技术

我们知道机器人的手是用于抓取不同物体的，因此，对机器人的手部皮肤应当具有可调整的摩擦力，以适应其抓取不同物体的要求，但现有的机器人皮肤通常采用多种材料和多层结构制成，如：中国专利申请号为：201010609734.1的“一种机器人皮肤”，尽管这类机器人皮肤用于机器人的身体部分还是比较有效的，若用于机器人的手部则因其摩擦力不可调整而难以适应抓取不同物体的要求。

发明内容

为了克服现有机器人皮肤用于机器人的手部的不足，本发明提出了一种磁流变智能皮肤。

本发明的技术方案如下：一种磁流变智能防滑皮肤，其包括工作单元、平垫，其中：工作单元由圆筒、底板、半球壳、补偿气囊、支撑杆和阻尼体构成，半球壳固定在圆筒的上端，底板固定在圆筒的下端，阻尼体的中部为圆柱形，而阻尼体的两端均为半球体形，在阻尼体的中部绕有励磁线圈，阻尼体的直径小于圆筒的内径并留有磁流变液流动的间隙，支撑杆的一端与阻尼体的一端固定，支撑杆的另一端固定在圆筒内的底板上，阻尼体上励磁线圈的引出线通过支撑杆从底板引出，补偿气囊固定在圆筒内的底板上，在圆筒内充满了磁流变液，在平垫的一个平面上分布有多平底个盲孔，平垫的厚度大于圆筒的长度，多个工作单元被固定在平垫的多个平底盲孔内，而支撑杆由不导磁材料构成，平垫和半球壳由高分子弹性材料构成，圆筒和阻尼体由导磁材料构成。

本发明的功能是这样实现的：在圆筒内因阻尼体的存在，使圆筒内的磁流变液被阻尼体被分隔成上、下两个部分，当阻尼体上的励磁线圈没有通入电流时，在阻尼体外径与圆筒内径之间的环形间隙内的电磁场强度为零，此时圆筒内的磁流变液为液态，液态的磁流变液可顺利通过阻尼体外径与圆筒内径之间的环形间隙在阻尼体的上、下流动；当阻尼体上的励磁线圈通入电流后，使阻尼体成为一个电磁场强度较强的两端为球形的电磁铁，因电磁铁产生的磁力线垂直于其表面，因此，阻尼体两端球形部分产生的磁力线使阻尼体上、下两端的磁流变液的粘度提高，而阻尼体中部圆柱部分产生的磁力线则通过与圆筒内径之间的环形间隙，使该环形间隙内的磁场强度较强，使环形间隙内的磁流变液的粘度较大而呈半固化状态，阻止了圆筒内的磁流变液在阻尼体的上、下两端流动，从而使圆筒内“固化”后的磁流变液在阻尼体的两端各自保持着当前的状态。

当多个工作单元固定在平垫的多个平底盲孔内并形成了磁流变智能防滑皮肤后，在磁流变智能防滑皮肤的表面就形成了多个球状凸起，将磁流变智能防滑皮肤固定在机器人手部的表面后，当机器手上磁流变智能防滑皮肤的各工作单元的圆筒内的阻尼体的励磁线圈没有通入电流时，各工作单元的圆筒内的磁流变液呈液态，此时机器手开始抓拿物体，被抓物体的外形与磁流变智能防滑皮肤上的球状凸起就会发生接触，并压迫磁流变智能防滑皮肤上的球状凸起，球状凸起内液态的磁流变液在受到所拿物体外形的挤压后，将使磁流变智能防滑皮肤上各工作单元圆筒内液态的磁流变液从球状凸起流入到圆筒内，并通过圆筒内阻尼体外径与圆筒内径之间的环形间隙，从阻尼体的上端流到阻尼体的下端，使圆筒底部的补偿气囊被压缩变小，因机器手所拿物体外形的不同，使磁流变智能防滑皮肤表面上的多个球状凸起受压后的变形程度不同；当机器手拿住物体后，对磁流变智能防滑皮肤上的各工作单元的圆筒内的阻尼体上的励磁线圈通入电流，使各圆筒内阻尼体上的励磁线圈产生电磁场，在该电磁场的作用下各工作单元的圆筒内的磁流变液因粘度变高而“固化”，圆筒内被“固化”的磁流变液因受到阻尼体外径与圆筒内径之间的环形间隙内较强电磁场的阻隔而不能在阻尼体的上、下流动，使圆筒内磁流变液在阻尼体的两端保持着被挤压时的状态不变，使磁流变智能防滑皮肤表面的球状凸起保持着与机器手所抓物体的外形（也就是将物体“卡”在了机器手的多个球状凸起之间）从而避免了物体的滑落；通过调整进入磁流变智能防滑皮肤上各工作单元圆筒内阻尼体上的励磁线圈的电流大小，即可调整各圆筒内的磁流变液的粘度大小，使磁流变智能防滑皮肤的摩擦力的大小得到调整，使机器手抓握不同物体时所要求的不同的摩擦力得到了满足。

当机器手放下物体后，关断进入磁流变智能防滑皮肤内各工作单元圆筒内阻尼体上励磁线圈的电流，使通过各圆筒内的磁流变液的电磁场强度为零，使磁流变智能防滑皮肤的各工作单元内被“固化”的磁流变液的粘度从半固态迅速变为液态，此时，在各工作单元的圆筒底部的补偿气囊迅速膨胀的挤压下，使各圆筒内液态的磁流变液通过阻尼体外径与圆筒内径之间的环形间隙从阻尼体的下端流回到的阻尼体的上端，使磁流变智能防滑皮肤的表面的球状凸起恢复到原始状态，为机器手的下次抓拿物体作好准备。

与现有的机器人皮肤相比，本发明的磁流变智能防滑皮肤因其摩擦力可自由调节而更加适用于机器人的手部。

附图说明

图1是本发明的一种结构示意图。

图2是工作单元的一种结构示意图。

图3是图2的剖视图。

图4是平垫的一种结构示意图。

图5是本发明工作单元在工作时的一种示意图。

图6是本发明磁流变智能皮肤固定在机器手指上的一种示意图。

图7是固定了磁流变智能皮肤的机器手指准备抓住一个鸡蛋的一种示意图。

图8是固定了磁流变智能皮肤的机器手指拿住鸡蛋时的一种示意图。

图9是图8的剖视图。

具体实施方式

以下结合附图详细说明本发明的结构：

参见图1至图4，此为本发明的一种具体结构，一种磁流变智能防滑皮肤，其包括工作单元17和平垫20，其中：工作单元17由圆筒6、底板10、半球壳1、环形补偿气囊7、支撑杆5和阻尼体16构成，由高分子弹性材料构成的半球壳1固定在由导磁材料构成的圆筒6的上端，底板10固定在圆筒6的下端，补偿气囊7固定在圆筒6内的底板10上，阻尼体16的中部为圆柱形，而阻尼体16的两端均为半球体形，阻尼体16的直径小于圆筒6的内径并留有磁流变液流动的环形间隙4，在阻尼体16中部的外圆周上有槽在槽内绕有励磁线圈13和励磁线圈15，在励磁线圈13和励磁线圈15外加装了保护层14和保护层3，保护层14和保护层3与阻尼体16中部的表面齐平，由不导磁材料构成的支撑杆5的中心有通孔11，阻尼体16通过支撑杆5固定在圆筒6内的底板10上，环形补偿气囊7固定在圆筒6内的底板10上，在环形补偿气囊7内充有一定压力的气体8，阻尼体16上励磁线圈13和励磁线圈15的引出线9通过支撑杆5的中心通孔11从底板10引出，在圆筒6内充满了磁流变液2，平垫20由高分子弹性材料构成，在平垫20的一个平面上分布有多个平底盲孔22，平垫20的厚度大于圆筒6的长度，多个工作单元17被固定在平垫20的多个平底盲孔22内，从而形成磁流变智能防滑皮肤21。

下面结合附图5对本发明的一种磁流变智能防滑皮肤的工作状态进行描述：将工作单元17圆筒6内阻尼体16上的励磁线圈13和励磁线圈15的引出线9与控制电源18相连接，圆筒6内的磁流变液2被阻尼体16分隔成上、下两个部分，当阻尼体16上的励磁线圈13和励磁线圈15没有通入电流时，在阻尼体16外径与圆筒6内径之间的环形间隙4内电磁场强度为零，此时圆筒6内的磁流变液2为液态，因此，当物体19挤压工作单元17的半球壳1时，半球壳1内液态的磁流变液2可顺利通过圆筒6内阻尼体16外径与圆筒6内径之间的环形间隙4，从阻尼体16的上部流到阻尼体16的下部并使圆筒6底部的环形补偿气囊7被压缩变小，此时，若控制电源18向圆筒6内阻尼体16上的励磁线圈13和励磁线圈15输出电流后，使阻尼体16成为一个电磁场强度较强的两端为球形的电磁铁，因此，阻尼体16两端产生的磁力线使阻尼体16上、下两端的磁流变液2的粘度提高，而阻尼体16中部产生的磁力线通过与圆筒6内径之间的环形间隙4，使该环形间隙4内的磁场强度较强，使环形间隙4内的磁流变液2的粘度较大而呈半固化状态，阻止了圆筒6内的磁流变液2在阻尼体16的上、下两端流动，从而使圆筒6内“固化”后的磁流变液2在阻尼体16的两端各自保持着当前的状态。

现在结合图6、图7、图8和图9对本发明的一种磁流变智能皮肤的应用作进一步描述：参见图6，将磁流变智能皮肤21固定在机器手23的各手指表面，控制电源18与机器手23的各手指表面的磁流变智能皮肤21的所有工作单元17上的励磁线圈连接；参见图7，将一个鸡蛋25置于机器手23的各手指之间；参见图8和图9，当机器手23的各手指闭合时，使机器手23各手指上的磁流变智能皮肤21上的球状凸起与鸡蛋25发生接触，在鸡蛋25外形的挤压下使机器手23手指上的磁流变智能皮肤21上的球状凸起受到了不同程度的挤压变形，这样，受到挤压的各工作单元17的圆筒6内液态的磁流变液2从球状凸起流入到圆筒6内并通过圆筒6内阻尼体16外径与圆筒6内径之间的环形间隙4，从阻尼体16的上端流到阻尼体16的下端，使圆筒6底部的补偿气囊7被压缩变小，此时，打开控制电源18向磁流变智能皮肤21上的所有工作单元17的励磁线圈送入电流，使各工作单元17圆筒6内阻尼体上的励磁线圈产生电磁场，该电磁场使各工作单元内的阻尼体16外径与圆筒6内径之间的环形间隙4内的磁场强度较强，使环形间隙4内的磁流变液2的粘度较大而呈半固化状态，阻止了圆筒6内的磁流变液2在阻尼体16的上、下两端流动，同时，在阻尼体16磁力线的作用下，还使阻尼体16上、下两端的磁流变液2的粘度提高，从而使圆筒6内“固化”后的磁流变液2在阻尼体16的两端保持着被挤压时的状态不变，使磁流变智能皮肤21表面的球状凸起保持着与所抓鸡蛋25时的外形（也就是鸡蛋25被“卡”在了机器手23各手指的多个球状凸起之间）从而避免了鸡蛋25的滑落和被捏碎，这就使机器手23抓住了鸡蛋25。

Claims

1.一种磁流变智能防滑皮肤，其包括工作单元、平垫，其特征在于：所述工作单元由圆筒、底板、半球壳、补偿气囊、支撑杆和阻尼体构成，半球壳固定在圆筒的上端，底板固定在圆筒的下端，阻尼体的中部为圆柱形，而阻尼体的两端均为半球体形，在阻尼体的中部绕有励磁线圈，阻尼体的直径小于圆筒的内径并留有磁流变液流动的间隙，支撑杆的一端与阻尼体的一端固定，支撑杆的另一端固定在圆筒内的底板上，阻尼体上励磁线圈的引出线通过支撑杆从底板引出，补偿气囊固定在圆筒内的底板上，在圆筒内充满了磁流变液；所述平垫的一个平面上分布有多平底个盲孔，平垫的厚度大于圆筒的长度，多个工作单元被固定在平垫的多个平底盲孔内。

2.如权利要求1所述的一种磁流变智能防滑皮肤，其特征在于：所述支撑杆由不导磁材料构成。

3.如权利要求1所述的一种磁流变智能防滑皮肤，其特征在于：所述平垫由高分子弹性材料构成。

4.如权利要求1所述的一种磁流变智能防滑皮肤，其特征在于：所述半球壳由高分子弹性材料构成。

5.如权利要求1所述的一种磁流变智能防滑皮肤，其特征在于：所述圆筒由导磁材料构成。

6.如权利要求1所述的一种磁流变智能防滑皮肤，其特征在于：所述阻尼体由导磁材料构成。