CN114321267B - 一种用于巡检机器人摄像头支架的磁流体减震关节 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于巡检机器人摄像头支架的磁流体减震关节，包括上肢体、下肢体及碗状的中间关节，所述的上肢体包括上圆柱体和下球体，摄像头安装在上圆柱体顶端，下球体位于中间关节内，下球体的内腔内设有上线圈，下球体底部与中间关节内底壁之间通过弹簧柔性连接，中间关节内壁与下球体外周之间形成充满磁流变液的内磁流变腔；所述下肢体包括上壳体和下柱体，中间关节位于上壳体内，中间关节与上壳体内壁之间形成充满磁流变液的外磁流变腔，所述的中间关节可在内、外磁流变腔内转动或瞬时固定，上壳体内开设有环形空腔，环形空腔内设有下线圈，下柱体安装与巡检机器人主体上。

Description

一种用于巡检机器人摄像头支架的磁流体减震关节

技术领域

本发明涉及机器人减震技术领域，尤其是一种用于巡检机器人摄像头支架的磁流体减震关节。

背景技术

巡检机器人是以移动机器人为载体，以摄像机、红外热成像仪等检测仪器为载荷系统，其中用来搭载摄像机的装置为云台，可在巡检过程中进行大范围升降。目前，应用于煤矿井下的巡检机器人与日常室内外巡检机器人工况不同，在井下工作过程中，会遇到恶劣的地面状况，造成巡检机器人主体出现大幅度震动，进而传导至云台上的摄像机，极大地影响了摄像机采集图像的清晰度。因而，井下多变的路面条件对巡检机器人摄像头支架的减震性能提出了更高的要求。

目前，摄像头支架减震器一般采用机械式减震器，主要分为弹簧减震器和橡胶减震器。弹簧减震器的阻尼小、减震性能不稳定；橡胶减震器只能适应某特定情况，环境适应性差。

为了适应井下复杂环境，需要有一种参数可调的减震器，而磁流变减震器便是此种阻尼可调的减震器，它是利用磁流变液在磁场下快速可逆的流变特性制造的一种新型减震器，磁流变减震器具有响应快、体积小、阻尼力可调范围宽等优点。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中之不足，本发明提供一种响应快、体积小、阻尼力可调范围宽的用于巡检机器人摄像头支架的磁流体减震关节，

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于巡检机器人摄像头支架的磁流体减震关节，包括上肢体、下肢体及碗状的中间关节，所述的上肢体包括上圆柱体和下球体，摄像头安装在上圆柱体顶端，下球体位于中间关节内，下球体的内腔内设有上线圈，下球体底部与中间关节内底壁之间通过弹簧柔性连接，中间关节内壁与下球体外周之间形成充满磁流变液的内磁流变腔；所述下肢体包括上壳体和下柱体，中间关节位于上壳体内，中间关节外周面与上壳体内壁之间形成充满磁流变液的外磁流变腔，所述的中间关节可在内、外磁流变腔内转动或瞬时固定，上壳体内开设有环形空腔，环形空腔内设有下线圈，下柱体安装与巡检机器人主体上。

为方便连接，所述的上柱体上设有与摄像头相连接的螺纹孔，下柱体上设有与巡检机器人本体相连接的外螺纹。

所述的内磁流变腔开口端螺纹连接有第一弹性密封环，外磁流变腔开口端螺纹连接有第二弹性密封环，以提高内、外磁流变腔的密封性。

具体说，所述的上柱体外圆柱面设有外螺纹，所述中间关节内壁上端口设有外螺纹、外壁上端设有外螺纹，所述上壳体内壁上端口设有内螺纹。

进一步地，所述的第一弹性密封环的内环面与上柱体外圆柱面的外螺纹相配合，第一弹性密封环的外环面与中间关节内壁上端的内螺纹相配合；第二弹性密封环的内环面与中间关节外壁上端的外螺纹相配合，第二弹性密封环的外环面与上壳体内壁上端口的内螺纹相配合。

本发明的有益效果是：本发明以人体关节为设计灵感，响应迅速，可靠性高，通过将中间关节设置在内、外磁流变腔之间可转动或瞬时固定，利用磁流变液响应速度快的特点，实现在不同路况下阻尼力的调节，四级减震方式，可实现对摄像头支架大幅度震动的减弱作用和多方向震动的削减作用。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明所述上肢体的结构示意图。

图3是本发明所述下肢体的结构示意图。

图4是本发明实施例中二级减震角度范围示意图。

图5是本发明实施例中三级减震角度范围示意图。

图6是本发明实施例中四级减震角度范围示意图。

图中：1.上肢体，101.上柱体，102.下球体，103.螺纹孔，104.引线通道，201.第一弹性密封环，202.第二弹性密封环，3.中间关节，4.下肢体，401.上壳体，402.下柱体，403.环形空腔，404.通孔，601.上线圈，602.下线圈，7.弹簧，8.内磁流变腔，9.外磁流变腔，10.摄像头，11.巡检机器人。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1～图3所示的一种用于巡检机器人摄像头支架的磁流体减震关节，包括上肢体1、中间关节3及下肢体4，

所述上肢体1：由上柱体101和下球体102构成，上柱体101端部设有螺纹孔103，用于连接摄像头10，上柱体101与下球体102相接处的外圆柱面上设有外螺纹；下球体102为内部中空的球壳体，下球体102内壁上绕有上线圈601。

所述下肢体4由呈半球状的上壳体401和下柱体402构成，上壳体401内部设置有环形空腔403，环形空腔403内绕有下线圈602，下柱体402外圆柱面设有外螺纹，以便连接到巡检机器人11本体。

所述的中间关节3为碗状，位于上肢体1和下肢体4之间，具体说，上肢体1的下球体102位于中间关节3内，中间关节3位于下肢体4的上壳体401内，下球体102底部与中间关节3内底壁之间通过弹簧7柔性连接，弹簧7可在上肢体1和中间关节3之间起到多方向的缓冲减震作用。

所述的中间关节3内壁与下球体102外周之间形成充满磁流变液的内磁流变腔8，中间关节3外周面与上壳体401内壁之间形成充满磁流变液的外磁流变腔9，通过调节磁流变液阻尼力，中间关节3可以在内、外磁流变腔8、9内实现转动或瞬时固定。为了防止单独一个线圈通电产生大的磁感线二影响到内、外磁流变腔8、9，故中间关节3采用绝磁材料制成。

所述的内磁流变腔8开口端螺纹连接有第一弹性密封环201，外磁流变腔9开口端螺纹连接有第二弹性密封环202。

第一弹性密封环201、第二弹性密封环202均为波浪状环形，由内、外环和中间弹性伸缩硅橡胶构成，内、外环分别设置有内螺纹和外螺纹，第一弹性密封201的内环内螺纹与上柱体101外螺纹相配合，从而固定内环，第一弹性密封201的外环外螺纹与中间关节3内壁上端的内螺纹相配合，从而固定外环；第二弹性密封202的内环内螺纹与中间关节3外壁上端的外螺纹相配合，从而固定内环，第二弹性密封202的外环外螺纹与下肢体4内壁上端的内螺纹相配合，从而固定外环。

上线圈601绕在上肢体1的下球体102内，紧贴着下球体102内壁，上线圈601由上肢体1的引线通道104引出接线，下线圈602绕在下肢体4内的环形空腔403内，下线圈602由上壳体401的通孔404引出接线。上线圈601、下线圈602为独立控制的两个线圈。

所述减震关节的工作方式如下：

本发明运用于井下巡检机器人，根据地面恶劣程度不同，该减震关节设置了四级减震。

当井下路面较平缓时，减震关节处于一级减震工作模式，此时上线圈601和下线圈602通入最大电流，内、外磁流变腔8、9内的磁流变液的阻尼力为最大。平稳状态下，上肢体1、中间关节3、下肢体4三者相对静止，当巡检机器人11受到外部路面障碍产生微小位移时，上肢体1和中间关节3之间产生想对位移，两者之间的弹簧7起到缓冲减震作用，此工作模式适用于井下较平缓路段，可实现小幅度震动的减弱。

当井下路面较为恶劣时，减震关节处于二级减震工作模式，平稳状态下，此时上线圈601和下线圈602通入最大电流，内、外磁流变腔8、9内的磁流变液的阻尼力为最大，上肢体1、中间关节3、下肢体4三者相对静止。当巡检机器人受到外部路面障碍产生中等位移的瞬间，上线圈601断开电流，内磁流变腔8的磁流变液阻尼力变为最小，中间关节3和下肢体4随巡检机器人11产生中等位移，而上肢体1不受阻尼力影响保持原姿态不变。此时，上肢体1的上柱体101与下肢体4上端面产生了相对角度位移，此角度范围如图4所示，在0～30°之间，表征了该工作模式下的减震程度。在越过障碍巡检机器人11返回平缓运动瞬间，线圈601通入最大电流，内磁流变腔8内的磁流变液阻尼力变为最大，即上肢体1与下肢体4保持相对静止，由于磁流变液的响应速度较快，在本工况的减震效果较好。

当井下路面情况恶劣时，减震关节处于三级减震工作模式，平稳状态下，此时上线圈601和下线圈602通入最大电流，内、外磁流变腔8、9内的磁流变液的阻尼力为最大，上肢体1、中间关节3、下肢体4三者相对静止。当巡检机器人11受到外部路面障碍产生大幅度位移的瞬间，下线圈602断开电流，外磁流变腔9内的磁流变液阻尼力变为最小，上肢体1和中间关节3保持相对静止，上肢体1与下肢体4产生先对位移，而上肢体1不受阻尼力影响保持原姿态不变，而下肢体4随巡检机器人11本身而产生大幅度位移，此时，上肢体1的上柱体101与下肢体4上端面产生了相对角度位移，此角度范围如图5所示，在0～40°之间，表征了该工作模式下的减震程度。在越过障碍巡检机器人11返回平缓运动瞬间，线圈602通入最大电流，外磁流变腔9内的磁流变液阻尼力变为最大，即上肢体1与下肢体4保持相对静止。由于磁流变液的响应速度快，在本工况的减震效果好。

当井下路面非常恶劣或路面情况不确定时，减震关节处于四级减震工作模式，平稳状态下，上线圈601和下线圈602通入最大电流，内、外磁流变腔8、9内的磁流变液的阻尼力为最大，上肢体1、中间关节3、下肢体4三者相对静止。当巡检机器人11受到外部路面障碍产生大幅度位移的瞬间，上线圈601和下线圈602同时断开电流，内、外磁流变腔8、9内的磁流变液阻尼力变为最小，上肢体1、中间关节3和下肢体之间互相产生相对移动，上肢体1保持原姿态不变，而中间关节3、下肢体4随巡检机器人11产生不同幅度位移，此时，上肢体1的上柱体101与下肢体4上端面产生了相对角度位移，此角度范围如图6所示，在0～50°之间，表征了该工作模式下的减震程度。在越过障碍巡检机器人11返回平缓运动瞬间，线圈601和线圈602同时通入最大电流，内、外磁流变腔8、9内的磁流变液阻尼力变为最大，即上肢体1、中间关节3和下肢体4保持相对静止，此模式下对路面状况的适应性好，摄像头10更加稳定。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (2)

1.一种用于巡检机器人摄像头支架的磁流体减震关节，包括上肢体、下肢体及碗状的中间关节，其特征是：所述的上肢体包括上柱体和下球体，摄像头安装在上柱体顶端，下球体位于中间关节内，下球体的内腔内设有上线圈，下球体底部与中间关节内底壁之间通过弹簧柔性连接，中间关节内壁与下球体外周之间形成充满磁流变液的内磁流变腔；所述下肢体包括上壳体和下柱体，中间关节位于上壳体内，中间关节外周面与上壳体内壁之间形成充满磁流变液的外磁流变腔，所述的中间关节可在内、外磁流变腔内转动或瞬时固定，上壳体内开设有环形空腔，环形空腔内设有下线圈，下柱体安装与巡检机器人主体上；

所述的内磁流变腔开口端螺纹连接有第一弹性密封环，外磁流变腔开口端螺纹连接有第二弹性密封环；所述的上柱体外圆柱面设有外螺纹，所述中间关节内壁上端口设有外螺纹、外壁上端设有外螺纹，所述上壳体内壁上端口设有内螺纹；

所述的第一弹性密封环的内环面与上柱体外圆柱面的外螺纹相配合，第一弹性密封环的外环面与中间关节内壁上端的内螺纹相配合；第二弹性密封环的内环面与中间关节外壁上端的外螺纹相配合，第二弹性密封环的外环面与上壳体内壁上端口的内螺纹相配合；

所述的减震关节应用于井下巡检机器人，根据地面恶劣程度不同，该减震关节具有四级减震模式，当井下路面较平缓时，减震关节处于一级减震工作模式；当井下路面较为恶劣时，减震关节处于二级减震工作模式；当井下路面情况恶劣时，减震关节处于三级减震工作模式；当井下路面非常恶劣或路面情况不确定时，减震关节处于四级减震工作模式。

2.如权利要求1所述的用于巡检机器人摄像头支架的磁流体减震关节，其特征是：所述的上柱体上设有与摄像头相连接的螺纹孔，下柱体上设有与巡检机器人本体相连接的外螺纹。

Images