右支撐桿上的彈簧墊圈和螺母緊固，防止右支撐桿4軸向移動，以此將閥芯15與兩支撐桿4，10鎖死成為一體。將漆包線以閥芯中部細(xì)軸為中心按一定方向纏繞，并通過閥芯內(nèi)所開的小孔及右支撐軸4中的小孔將兩線端引出，形成可通入電流的勵磁線圈13。右支撐桿4上安裝端蓋9，端蓋與套筒螺紋連接，同樣，在左支撐桿上安裝端蓋9，通過套筒左側(cè)內(nèi)螺紋和套筒連接，套筒中間開有小孔，將磁流變液12通過注射器注入由支撐桿4，10、套筒1、端蓋9、勵磁線圈12及閥芯15形成的空腔里，然后堵住小孔。端蓋上設(shè)置有套筒與端蓋間的0型密封圈11和支撐桿與端蓋的軸用密封圈14，防止套筒旋轉(zhuǎn)過程中有磁流變液泄漏。左右腿部支撐桿5 —端開有與左右支撐桿4，10軸徑相同的孔，將腿部支撐桿5分別套合在支撐桿4，10上（如圖la所示），在支撐桿4，10及腿部支撐桿5上開有小孔，通過螺釘將兩者固定，在腿部支撐桿5及端蓋9之間放置扭簧3，扭簧一端與腿部支撐桿5相連，另一端與端蓋9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5的另一端與中心桿6相連接，中心桿6安裝螺母防止腿部支撐桿的軸向移動，足部支撐桿7通過中心桿6安裝在腿部支撐桿5內(nèi)側(cè)，兩端通過連接桿8將左右足部支撐桿連接為一體（如圖la)，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帶2，連接帶另一端纏繞在套筒1上（連接形式如圖lb)，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。
[0030]如圖3所示，其變剛度原理為：在支撐桿4端輸入扭矩Tin，變剛度腿由于扭矩作用而一起旋轉(zhuǎn)，當(dāng)轉(zhuǎn)至足部支撐桿7接觸地面時，由于受到地面的作用力（在此分解為Fx，F(xiàn)y)而使足部支撐桿7繞中心桿6旋轉(zhuǎn)，形成一個杠桿，根據(jù)杠桿原理，足部支撐桿7另一端做同方向轉(zhuǎn)動，由此拉伸該端連接桿8上的連接帶2，使連接帶2產(chǎn)生張緊力F，由于張緊力F作用，對套筒1產(chǎn)生扭矩Tband，同時，勵磁線圈由于電流作用而產(chǎn)生磁場，磁場分布于高磁導(dǎo)率的閥芯及套筒間，形成回路，磁流變液受到磁場作用，內(nèi)部的導(dǎo)磁顆粒形成平行于磁場方向的鏈狀微結(jié)構(gòu)，阻止了套筒由于Tband而產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)運動，從而形成了與T band相對應(yīng)的阻力矩Tdanip，控制了連接帶的伸長，從而使腿具有一定的剛度。通入控制電流大小不同，其阻力矩Tdanp也不相同，進(jìn)一步控制了連接帶的伸長率，在與地面接觸時形成了不同的剛度，在變剛度腿空轉(zhuǎn)時，控制電流置為O，此時，套筒I與閥芯15之間不存在磁滯阻力矩，只有極小的粘滯阻力矩，扭簧由于之前套筒I與腿部支撐桿5之間的相對旋轉(zhuǎn)而具有一定的扭矩，此時，由于扭矩作用而使套筒恢復(fù)至初始狀態(tài)。
【主權(quán)項】
1.一種基于磁流變的可控變剛度腿，其特征在于: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: 磁流變阻尼模塊與兩個腿部支撐桿左右對稱連接； 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； 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(zhuǎn)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； 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。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于磁流變的可控變剛度腿，其特征在于:磁流變阻尼模塊具體為旋轉(zhuǎn)式磁流變阻尼器。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于磁流變的可控變剛度腿，其特征在于: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。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于磁流變的可控變剛度腿，其特征在于:通過調(diào)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。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于磁流變的可控變剛度腿，其特征在于:變剛度腿為左右對稱結(jié)構(gòu)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于磁流變的可控變剛度腿，其特征在于:在變剛度腿骨架上可以安裝剛性或柔性的包覆。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于磁流變的可控變剛度腿，其特征在于:安裝的連接帶的長度可以根據(jù)具體的要求更換。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于磁流變的可控變剛度腿，其特征在于:磁流變阻尼模塊由內(nèi)部的閥芯(15)，外部套筒(1)，兩段密封端蓋(9)，勵磁線圈(13)，右支撐桿(4)，左支撐桿(10)，ο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，由右支撐桿軸肩定位，左支撐桿(10)為空心桿，內(nèi)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，另一端通過安裝在右支撐桿上的彈簧墊圈和螺母緊固，防止右支撐桿(4)軸向移動，以此將閥芯(15)與左、右兩支撐桿(4，10)鎖死成為一體，將漆包線以閥芯中部細(xì)軸為中心按一定方向纏繞，并通過閥芯內(nèi)所開的小孔及右支撐軸(4)中的小孔將兩線端引出，形成可通入電流的勵磁線圈(13)，右支撐桿(4)上安裝端蓋(9)，端蓋與套筒螺紋連接，同樣，在左支撐桿上安裝端蓋(9)，通過套筒左側(cè)內(nèi)螺紋和套筒連接，套筒中間開有小孔，將磁流變液(12)通過注射器注入由左、右支撐桿(4，10)、套筒(1)、端蓋(9)、勵磁線圈(12)及閥芯(15)形成的空腔里，然后堵住小孔，端蓋上設(shè)置有套筒與端蓋間的ο型密封圈(11)和支撐桿與端蓋的軸用密封圈(14)，防止套筒旋轉(zhuǎn)過程中有磁流變液泄漏，左右腿部支撐桿(5) —端開有與左右支撐桿(4，10)軸徑相同的孔，將腿部支撐桿(5)分別套合在左、右支撐桿(4，10)上，在左、右支撐桿(4，10)及腿部支撐桿(5)上開有小孔，通過螺釘螺母將兩者固定，在腿部支撐桿(5)及端蓋(9)之間放置扭簧(3)，扭簧一端與腿部支撐桿(5)相連，另一端與端蓋(9)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(5)的另一端與中心桿(6)相連接，中心桿(6)安裝螺母防止腿部支撐桿的軸向移動，足部支撐桿(7)通過中心桿(6)安裝在腿部支撐桿(5)內(nèi)側(cè)，兩端通過連接桿(8)將左右足部支撐桿連接為一體，通過螺母固定，在足部支撐桿進(jìn)磁流變阻尼模塊一端的連接桿上連接帶(2)，連接帶另一端纏繞在套筒(I)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。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于磁流變的可控變剛度腿，包括磁流變阻尼模塊，連接帶，一對腿部支撐桿，一對足部支撐桿及若干連接、緊固件；磁流變阻尼模塊與兩個腿部支撐桿左右對稱連接；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模塊端蓋及腿部支撐桿相連接；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(zhuǎn)動；連接帶一端纏繞在磁流變阻尼模塊上；連接帶另一端與足部支撐桿一端連接。本發(fā)明解決了腿部裝置在行進(jìn)過程中剛度單一，地面適應(yīng)范圍窄的問題，機構(gòu)簡單，控制策略簡單，響應(yīng)速度快，并且可以實現(xiàn)剛度的連續(xù)有效變化。
【IPC分類】B62D57/032
【公開號】CN105216904
【申請?zhí)枴緾N201510657908
【發(fā)明人】張世武, 蔣楠
【申請人】中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【公開日】2016年1月6日
【申請日】2015年10月10日