CN201251980Y - 一种采用磁性力实现刚度可调的主动柔顺装置 - Google Patents

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毕树生
刘聪
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Abstract

本实用新型公开了一种采用磁性力实现刚度可调的主动柔顺装置，由套筒、电磁铁、A永磁体和B永磁体组成，将A永磁体、B永磁体安置于一套筒的两端形成一对永磁铁，永磁铁的磁场方向相同；在套筒中，连杆与电磁铁一端相连，电磁铁产生的磁场方向于永磁铁相反；电磁铁受到A永磁体、B永磁体产生的斥力从而缓冲连杆上的冲击；通过调节加载在电磁铁上的电流强弱来改变本实用新型主动柔顺装置的刚度。本主动柔顺装置可以用于自主移动机器人运动控制实现，并可以推广至其它相关应用领域。

Description

一种采用磁性力实现刚度可调的主动柔顺装置
技术领域
本实用新型涉及一种采用磁性力实现刚度可调的主动柔顺装置，该主动柔顺装置通过调节电磁铁上加载的电流强弱来实现刚度的调节。
背景技术
柔顺性能是自主移动机器人运动实现和控制中的关键技术，特别是对于腿足式仿生移动机器人尤其突出。一般而言机器人足端或者腿部关节设有柔顺装置，对运动中的冲击进行缓冲，以增加机器人对不同运动环境的适应性。
采用弹簧等机械装置虽然可以实现柔顺，但该方法是一种被动柔顺，柔顺刚度不可调节；同时为了保证结构强度，一般结构尺寸较大；气动人工肌肉可以实现刚度可调的主动柔顺功能，但是控制设备昂贵、复杂，控制实现中非线性特征严重，极难控制。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种采用磁性力实现刚度可调的主动柔顺装置，通过控制加载在电磁铁上线圈内的电流大小从而改变柔顺装置的刚度，以适应不同工作状态。
本实用新型的一种采用磁性力实现刚度可调的主动柔顺装置，其特征在于：该主动柔顺装置由套筒(1)、电磁铁(3)、A永磁体(2)和B永磁体(5)组成；A永磁体(2)置于套筒(1)的套筒左端(13)内，电磁铁(3)置于套筒(1)内的中心位置，B永磁体(5)置于套筒(1)的套筒右端(12)内，且电磁铁(3)的线圈A端(3a)、线圈B端(3b)与外部电源的正极、负极连接；
套筒(1)为空心圆柱结构，套筒右端(12)设有B通孔(11)，套筒左端(13)为密封端；
A永磁体(2)为圆柱结构；
B永磁体(5)为中心开有A通孔(51)的圆环结构；
电磁铁(3)由铁心(35)、线圈(31)、连杆(4)构成；连杆(4)为空心圆柱结构，连杆(4)的中心设有D通孔(42)，连杆(4)一端的杆体上开有C通孔(41)；铁心(35)为实心圆柱结构，铁心(35)的左端(33)与右端(34)之间设有凹环体(36)，铁心(35)的右端(34)圆环上开有凹槽(32)；线圈(31)缠绕在铁心(35)的凹环体(36)上，线圈(31)的线圈A端(3a)、线圈B端(3b)顺次经凹槽(32)、C通孔(41)、D通孔(42)后与外部电源的正极、负极连接；连杆(4)的一端连接在铁心(35)的右端(34)的圆环端面上，连杆(4)的另一端穿过B永磁体(5)的A通孔(51)、套筒右端(12)的B通孔(11)后伸出套筒(1)外。
本实用新型刚度可调的主动柔顺装置的优点在于：(1)通过控制加载到电磁铁上的电流强弱实现主动调节刚度；(2)刚度可随时主动改变，以保证其始终处于最佳刚度；(3)不存在金属疲劳、磨损和腐蚀问题，使用寿命长；(4)结构轻巧紧凑，组装方便快捷；结构简单、易加工。
附图说明
图1是本实用新型主动柔顺装置的外部结构图。
图2是本实用新型电磁铁的结构图。
图3是图1的A—A剖视图。
图4是本实用新型不同磁极性放置的剖视图。
图中：       1.套筒      11.B通孔    12.套筒右端 13.套筒左端
2.A永磁体    3.电磁铁    31.线圈     32.凹槽     33.左端
34.右端      35.铁心     36.凹环体   3a.线圈A端  3b.线圈B端
4.连杆       41.C通孔    42.D通孔    5.B永磁体   51.A通孔
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型做进一步的详细说明。
本实用新型是一种采用磁性力实现刚度可调的主动柔顺装置，是通过控制电磁铁3所通过的电流大小来控制其磁场强度的大小，从而达到调节回复力大小的效果，最终实现调节柔顺装置的刚度。
参见图1、图2所示，本实用新型是一种采用磁性力实现刚度可调的主动柔顺装置，该主动柔顺装置由套筒1、电磁铁3、A永磁体2和B永磁体5组成；A永磁体2置于套筒1的套筒左端13内，电磁铁3置于套筒1内的中心位置，B永磁体5置于套筒1的套筒右端12内，且电磁铁3的线圈A端3a、线圈B端3b与外部电源的正极、负极连接。
参见图1、图3、图4所示，套筒1为空心圆柱结构，套筒右端12设有B通孔11，套筒左端13为密封端；B通孔11用于连杆4通过。套筒1采用导磁材料，如45号钢。
参见图2、图3、图4所示，电磁铁3由铁心35、线圈31、连杆4构成；连杆4为空心圆柱结构，连杆4的中心设有D通孔42(用于线圈31的线圈A端3a、线圈B端3b通过后与外部电源的正极、负极连接)，连杆4一端的杆体上开有C通孔41(线圈31的线圈A端3a、线圈B端3b通过)；铁心35为实心圆柱结构，铁心35的左端33与右端34之间设有凹环体36，铁心35的右端34圆环上开有凹槽32；线圈31缠绕在铁心35的凹环体36上，线圈31的线圈A端3a、线圈B端3b顺次经凹槽32、C通孔41、D通孔42后与外部电源的正极、负极连接。连杆4的一端连接在铁心35的右端34的圆环端面上，连杆4的另一端穿过B永磁体5的A通孔51、套筒右端12的B通孔11后伸出套筒1外；电磁铁3放置于套筒1的中间位置。
参见图3、图4所示，A永磁体2为圆柱结构。A永磁体2放置于套筒1的套筒左端13内，即套筒1的密封端底部。A永磁体2与铁心35的左端33一般相距1～5cm。A永磁体2采用钕铁硼。
参见图3、图4所示，B永磁体5为中心开有A通孔51的圆环结构，A通孔51用于连杆4通过。B永磁体5放置于套筒1的套筒右端12内，即套筒1的开口端。B永磁体5与铁心35的右端34一般相距1～5cm。B永磁体5采用钕铁硼。在本实用新型中，关于A永磁体2、B永磁体5的布置，只要使得这两个永磁体的放置方向相同即可。通过控制电磁铁3上线圈31的线圈A端3a、线圈B端3b中的电流流向便得到电磁铁3与两边的永磁铁(A永磁体2、B永磁体5)同时受到斥力作用的效果。
本实用新型的采用磁性力实现刚度可调的主动柔顺装置，A永磁体2、B永磁体5分别固定于套筒1的两端(套筒左端13、套筒右端12)，并使A永磁体2与B永磁体5的极性相同放置，即，当A永磁体2的N极向套筒左端13，则B永磁体5的N极也向套筒左端13；反之，当A永磁体2的N极向套筒右端12，则B永磁体5的N极也向套筒右端12。当A永磁体2的S极向套筒右端12，则B永磁体5的S极也向套筒右端12；反之，当A永磁体2的S极向套筒左端13，则B永磁体5的S极也向套筒左端13。电磁铁3处于套筒1中间(即置于A永磁体2与B永磁体5之间)，向电磁铁3的线圈31上加载电流时，将使电磁铁3产生磁性，电磁铁3产生的磁性与成对的永磁铁(A永磁体2与B永磁体5构成一对永磁铁)磁性相排斥，这样电磁铁3与A永磁体2、B永磁体5之间产生一定斥力，且斥力在电磁铁3行程方向上存在一定梯度，以起到类似于“弹簧”的效果。通过控制电磁铁3所通过的电流大小(外部电源提供)，控制电磁铁3的磁性的强弱，从而达到调节斥力大小的效果，最终实现调节柔顺装置的刚度。
本实用新型设计的一种采用磁性力实现刚度可调的主动柔顺装置，将A永磁体、B永磁体安置于一套筒的两端形成一对永磁铁，永磁铁的磁场方向相同；在套筒中，连杆与电磁铁一端相连，电磁铁产生的磁场方向于永磁铁相反；电磁铁受到A永磁体、B永磁体产生的斥力从而缓冲连杆上的冲击；通过调节加载在电磁铁上的电流强弱来改变本实用新型主动柔顺装置的刚度。本主动柔顺装置可以用于自主移动机器人运动控制实现，并可以推广至其它相关应用领域。

Claims (4)

1、一种采用磁性力实现刚度可调的主动柔顺装置，其特征在于：该主动柔顺装置由套筒(1)、电磁铁(3)、A永磁体(2)和B永磁体(5)组成；A永磁体(2)置于套筒(1)的套筒左端(13)内，电磁铁(3)置于套筒(1)内的中心位置，B永磁体(5)置于套筒(1)的套筒右端(12)内，且电磁铁(3)的线圈A端(3a)、线圈B端(3b)与外部电源的正极、负极连接；
套筒(1)为空心圆柱结构，套筒右端(12)设有B通孔(11)，套筒左端(13)为密封端；
A永磁体(2)为圆柱结构；
B永磁体(5)为中心开有A通孔(51)的圆环结构；
电磁铁(3)由铁心(35)、线圈(31)、连杆(4)构成；连杆(4)为空心圆柱结构，连杆(4)的中心设有D通孔(42)，连杆(4)一端的杆体上开有C通孔(41)；铁心(35)为实心圆柱结构，铁心(35)的左端(33)与右端(34)之间设有凹环体(36)，铁心(35)的右端(34)圆环上开有凹槽(32)；线圈(31)缠绕在铁心(35)的凹环体(36)上，线圈(31)的线圈A端(3a)、线圈B端(3b)顺次经凹槽(32)、C通孔(41)、D通孔(42)后与外部电源的正极、负极连接；连杆(4)的一端连接在铁心(35)的右端(34)的圆环端面上，连杆(4)的另一端穿过B永磁体(5)的A通孔(51)、套筒右端(12)的B通孔(11)后伸出套筒(1)外。
2、根据权利要求1所述的采用磁性力实现刚度可调的主动柔顺装置，其特征在于：A永磁体(2)与铁心(35)的左端(33)相距1～5cm。
3、根据权利要求1所述的采用磁性力实现刚度可调的主动柔顺装置，其特征在于：B永磁体(5)与铁心(35)的右端(34)相距1～5cm。
4、根据权利要求1所述的采用磁性力实现刚度可调的主动柔顺装置，其特征在于：A永磁体(2)与B永磁体(5)的磁性放置方向相同。
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