一種基于磁流變的可控變剛度腿的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及智能機器人技術領域，具體涉及一種基于磁流變液的變剛度腿。
【背景技術】
[0002]在自然界中，動物在奔跑時，腿的剛度可以根據(jù)地面的剛度來自動進行調節(jié)，使腿在不同的地面上都能保持相似的力學特性。這個優(yōu)勢也使得真實世界中的動物能夠在更加廣泛的地面上活動。近幾年來，變剛度腿的研究也吸引著國內外很多的學者，在這些變剛度腿的設計中，都是單純的采用機械結構來實現(xiàn)剛度變化，機械結構復雜，而且需要提供額外的動力實現(xiàn)變剛度的功能。磁流變液是一種智能材料，通過施加不同強度的磁場，能夠快速有效的對磁場做出反應，因此，通過巧妙的機構設計可以對磁流變液的宏觀剪切力實現(xiàn)快速、連續(xù)、有效的控制。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的在于通過使用一個電機，結合磁流變液的特性實現(xiàn)行走裝置的變剛度目的，設計結構簡潔、有效，實現(xiàn)了對剛度的實時、有效控制，將傳統(tǒng)的機構設計和智能材料相結合，提供一種變剛度腿機構設計的新想法。
[0004]本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)的:一種基于磁流變的可控變剛度腿，包括磁流變阻尼模塊、一個連接帶、一對腿部支撐桿、一對足部支撐桿、一對扭簧、中心桿以及兩個連接桿，其中:
[0005]磁流變液阻尼模塊與兩個腿部支撐桿左右對稱連接；
[0006]兩個扭簧左右對稱安裝在磁流變阻尼模塊與腿部支撐桿之間，扭簧兩端分別與磁流變阻尼裝置端蓋及腿部支撐桿相連接；
[0007]兩個足部支撐桿與兩個腿部支撐桿通過中心桿連接，足部支撐桿可相對腿部支撐桿轉動；兩個足部支撐桿兩端通過連接桿8將兩個足部支撐桿連接為一體；
[0008]連接帶一端纏繞在磁流變液阻尼模塊上，連接帶另一端與足部支撐桿一端連接。
[0009]其中，磁流變阻尼模塊具體為旋轉式磁流變阻尼器。
[0010]其中，變剛度腿中包含一個由足部支撐桿和中心桿組成的，以中心桿為支撐點的杠桿裝置。
[0011]其中，通過調控磁流變阻尼模塊阻尼力及連接帶的伸長來改變整個腿的剛度。
[0012]其中，變剛度腿為左右對稱結構。
[0013]其中，在變剛度腿骨架上可以安裝剛性或柔性的包覆。
[0014]其中，安裝的連接帶的長度可以根據(jù)具體的要求更換。
[0015]其中，磁流變阻尼模塊由內部的閥芯，外部套筒，兩端密封端蓋，勵磁線圈，右支撐桿，左支撐桿，ο型密封圈，軸用密封圈和磁流變液組成，閥芯與右支撐桿通過螺紋連接，由右支撐桿軸肩定位，左支撐桿為空心桿，內部攻有螺紋，通過螺紋與右支撐桿連接，左支撐桿一端與閥芯面接觸，另一端通過安裝在右支撐桿上的彈簧墊圈和螺母緊固，防止右支撐桿軸向移動，以此將閥芯與左、右兩支撐桿鎖死成為一體，將漆包線以閥芯中部細軸為中心按一定方向纏繞，并通過閥芯內所開的小孔及右支撐軸中的小孔將兩線端引出，形成可通入電流的勵磁線圈，右支撐桿上安裝端蓋，端蓋與套筒螺紋連接，同樣，在左支撐桿上安裝端蓋，通過套筒左側內螺紋和套筒連接，套筒中間開有小孔，將磁流變液通過注射器注入由左、右支撐桿、套筒、端蓋、勵磁線圈及閥芯形成的空腔里，然后堵住小孔，端蓋上設置有套筒與端蓋間的O型密封圈和支撐桿與端蓋的軸用密封圈，防止套筒旋轉過程中有磁流變液泄漏，左右腿部支撐桿一端開有與左右支撐桿軸徑相同的孔，將腿部支撐桿分別套合在左、右支撐桿上，在左、右支撐桿及腿部支撐桿上開有小孔，通過螺釘將兩者固定，在腿部支撐桿及端蓋之間放置扭簧，扭簧一端與腿部支撐桿相連，另一端與端蓋相連，使得變剛度腿在每次起步前，磁流變阻尼裝置均能回到其初始狀態(tài)，腿部支撐桿的另一端與中心桿相連接，中心桿安裝螺母防止腿部支撐桿的軸向移動，足部支撐桿通過中心桿安裝在腿部支撐桿內側，兩端通過連接桿將左右足部支撐桿連接為一體，通過螺母固定，在足部支撐桿近磁流變阻尼模塊一端的連接桿上連接連接帶，連接帶另一端纏繞在套筒上，由此形成了一個可以通過輸入控制電流來控制連接帶伸長率的變剛度腿裝置。
[0016]本發(fā)明的原理在于:
[0017]本發(fā)明提供的一種基于磁流變液的可變剛度腿包括磁流變阻尼模塊，連接帶、扭簧、腿部支撐桿、連接桿、足部支撐桿，設計具有左右對稱性。
[0018]其中，磁流變阻尼模塊是由高磁導率的閥芯及套筒，磁流變液，漆包線，低磁導率左、右支撐桿及密封端蓋組成。左右支撐桿通過螺紋連接及螺母固定形成一個整體的支撐桿，漆包線纏繞在閥芯中部形成勵磁線圈，線圈兩端通過閥芯及活塞桿中的小孔引出，將閥芯置于套筒中，磁流變液充滿閥芯與套筒之間，并通過兩端密封端蓋將其密封在封閉環(huán)境中，防止磁流變液的泄露，閥芯、套筒及端蓋均由支撐桿支撐及定位。將支撐桿中引出的漆包線端通入相應的電流，閥芯與套筒間形成一定的磁場，電流越大，磁感應強度越大，直至飽和，磁流變液受到磁場作用，在閥芯與套筒間的磁流變液中的導磁顆粒形成鏈狀，阻止了套筒與閥芯的相對轉動，從而形成一定的阻力矩。
[0019]將磁流變阻尼模塊中伸出的支撐桿與腿部支撐桿相固接，腿部支撐桿末端通過中心桿與足部觸地桿中部孔相連接，觸地桿一端與地面接觸，另一端則由連接帶與套筒相連接，由套筒的旋轉運動來控制連接帶的伸長，從而使得磁流變阻尼裝置與連接帶形成一個剛度可調裝置，將腿部支撐桿與旋轉套筒通過扭簧連接保持其空載時回到初始狀態(tài)，從而形成完整的變剛度腿。
[0020]本發(fā)明的優(yōu)點及積極效果為:
[0021]1、本發(fā)明通過控制勵磁線圈電流大小來實現(xiàn)剛度的連續(xù)、有效變化，控制策略簡單、方便、快捷，實現(xiàn)了行走裝置的半主動控制；
[0022]2、本發(fā)明應用磁流變液和機械結構的相結合，設計新穎，簡化了傳統(tǒng)變剛度腿設計的機械結構，零件簡單，易于更換。
【附圖說明】
[0023]圖1a為本發(fā)明一種基于磁流變的可控變剛度腿的結構正視圖；
[0024]圖1b為本發(fā)明一種基于磁流變的可控變剛度腿的結構側視圖；
[0025]圖2為本發(fā)明磁流變阻尼模塊部分剖視圖；
[0026]圖3為本發(fā)明一種基于磁流變的可控變剛度腿行進過程中變剛度的實現(xiàn)原理圖；
[0027]其中：1為套筒，2為連接帶，3為扭簧，4為右支撐桿，5為腿部支撐桿，6為中心桿，
7為足部支撐桿，8為連接桿，9為端蓋，10為左支撐桿，11為o型密封圈，12為磁流變液，13為電磁線圈，14為軸用密封圈，15為閥芯。
【具體實施方式】
[0028]下面結合附圖對本發(fā)明做進一步詳述。
[0029]如圖la所示，本發(fā)明的一種基于磁流變液的可控變剛度腿，由磁流變阻尼模塊(如圖2剖視圖），左右兩個扭簧3，腿部支撐桿5，足部支撐桿7，中心桿6，連接桿8，連接帶2及若干墊片、螺母（未畫出）組成。如圖3剖視圖所示，磁流變阻尼模塊由內部的閥芯15，外部套筒1，兩端密封端蓋9，勵磁線圈13，右支撐桿4，左支撐桿10，o型密封圈11、軸用密封圈14和磁流變液12組成。閥芯15與右支撐桿4通過螺紋連接，由右支撐桿軸間定位，左支撐桿10為空心桿，內部攻有螺紋，通過螺紋與右支撐桿4連接，左支撐桿10 —端與閥芯面接觸，另一端通過安裝在