[实用新型]用于被动力觉再现的磁流变液双盘式制动器

说明书

技术领域

本实用新型涉及制动器，具体涉及用于被动力觉再现的磁流变双盘式制动器。

技术背景

对人类获取信息能力的研究表明，视觉信息所占的比例最大，但是当机器人与环境相互作用时，比如组装工件、插销入孔等，仅仅依靠视觉信息，操作者不能从中获得真实的力感受。Marc指出人的视觉偏差直接依赖于力/触觉信息的修正。遥操作和虚拟操作的研究还表明，力/触觉信息的反馈可以极大提高精细作业任务的效率和精度，如对插销入孔操作的对比实验表明，提供操作者力/触觉反馈信息比仅有图像显示可以使任务完成时间缩短近一半。目前，已经存在的力觉再现系统种类很多，如美国Immersion公司的CyberGrasp、SenseAble公司的PHANToM手臂系列、Rutgers大学研制的力反馈数据手套Rutgers Master II-ND等，由于驱动力的产生和控制主要是基于电动、气动、液压或电磁场等主动驱动器，主动系统一旦出现故障，容易给操作者造成伤害，它们普遍存在体积大、稳定性差、力驱动范围小等缺点，此外，电机难以工作在大输出力的堵转状态，无法再现硬接触的感觉；气动、液压执行器又存在严重的非线性干扰，难以准确控制输出力大小。而被动力反馈系统是能量耗散的，具备安全稳定性好、体积小等特点，基于制动器、人工肌肉等被动驱动器的力觉再现装置经常被采用，但制动器容易产生粘滑，造成制动力矩的不连续，人工肌肉的响应速度相对较慢，且结构设计的不合理使其体积力大、力控制不精确，只能应用于某些特定场合，难以在力觉再现领域推广。

发明内容

本实用新型的目的是：提供一种用于被动力觉再现的磁流变双盘式制动器，是基于磁流变液的制动器，用于实现被动力觉再现，解决主动力觉驱动器的安全性、稳定性差等问题。

本实用新型的技术解决方案是：该磁流变双盘式制动器包括壳体、绝磁环、磁流变液、固定盘、左旋转盘、轴、线圈、右旋转盘和端盖，轴穿入式安装在壳体的中心轴线上，轴上套装固定盘，固定盘位于壳体的腔体中心，固定盘的外圆壁上固定绝磁环，绝磁环与壳体之间安装线圈，轴上位于固定盘的左右两侧分别安装左旋转盘和右旋转盘，左旋转盘和右旋转盘由轴套和轴承固定并平稳回转，轴两端分别经密封圈安装端盖，在壳体和绝磁环围成的腔内注满磁流变液，整体构成磁流变双盘式制动器。

工作时，轴带动左旋转盘和右旋转盘在腔体内旋转，线圈通电产生的磁场经壳体垂直通过左旋转盘、固定盘、右旋转盘及其间磁流变液；壳体、固定盘、左旋转盘和右旋转盘采用导磁率很高的电工纯铁加工，而磁流变液是一种导磁率相对小得多的材料，绝磁环、轴采用绝磁材料，因此线圈通电产生的大部分能量都降落在工作间隙的磁流变液上，使得磁流变液黏度变大，旋转时产生的阻尼力传递到轴上产生制动力矩。

本实用新型具有以下特点：（1）磁流变液的粘度变化具有连续、快速和可逆的特点，所以基于该液体材料的制动器亦具有力矩连续可调、响应速度快等特点，而且是能量耗散型的，具有稳定、安全的优点；（2）在制动器的左旋转盘和右旋转盘上包裹了一层薄薄的液体，克服了传统机械制动器不稳定、力矩传递不连续的缺点，更适合于力觉再现设备的使用；（3）能够实现大范围的力觉再现，特别可以保持高度真实地再现黏弹性物体的柔顺性特征，一般的主动力再现设备因结构刚度较大无法保证黏弹性物体柔顺性再现的真实性；（4）基于磁流变液制动器能够在机电之间直接进行转换，其结构相对简单，算法比较容易实现，成本较低，在虚拟现实、遥操作机器人和远程医疗领域将具有广泛的应用前景；（5）与传统单盘式制动器相比，在体积增加不大的情况下，其磁流变液剪切面积增大近1倍，在工作间隙磁场强度相同情况下其制动力矩增大1倍，在输出力不变的情况下可以使体积缩小近一半，相应的非有益综合阻尼力也大大减小。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图中：1壳体，2绝磁环，3磁流变液，4固定盘，5左旋转盘，6轴，7线圈，8右旋转盘，9轴套，10密封圈，11轴承，12端盖。

具体实施方式

如图1所示，该磁流变双盘式制动器包括壳体1、绝磁环2、磁流变液3、固定盘4、左旋转盘5、轴6、线圈7、右旋转盘8和端盖12，轴6穿入式安装在壳体1的中心轴线上，轴6上套装固定盘4，固定盘4位于壳体1的腔体中心，固定盘4的外圆壁上固定绝磁环2，绝磁环2与壳体1之间安装线圈7，轴6上位于固定盘4的左右两侧分别安装左旋转盘5和右旋转盘8，左旋转盘5和右旋转盘8由轴套9和轴承11固定并平稳回转，轴6两端分别经密封圈10安装端盖12，在壳体1和绝磁环2围成的腔内注满磁流变液3，整体构成磁流变双盘式制动器。

工作时，轴6带动左旋转盘5和右旋转盘8在腔体内旋转，线圈7通电产生的磁场经壳体1垂直通过左旋转盘5、固定盘4、右旋转盘8及其间磁流变液3；壳体1、固定盘4、左旋转盘5和右旋转盘8采用导磁率很高的电工纯铁加工，而磁流变液3是一种导磁率相对小得多的材料，绝磁环2、轴6采用绝磁材料，因此线圈7通电产生的大部分能量都降落在工作间隙的磁流变液3上，使得磁流变液3黏度变大，旋转时产生的阻尼力传递到轴6上产生制动力矩。