[发明专利]一种用于实现机器人手转动关节力反馈的磁阻尼装置

说明书

技术领域

本发明涉及机器人手控器领域，具体来说，涉及一种用于实现机器人手转动关节力反馈的磁阻尼装置。

背景技术

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，听觉次之，但是当虚拟环境中机器人与环境相互作用时，比如组装工件、插销入孔等，如果仅仅提供视觉和听觉信息，操作者不能从中获得真实的力感受，操作中容易出现大的差错，而只有在力觉临场感的指导下，操作者才能完成这种复杂和精细的作业任务。所以在虚拟现实、遥操作机器人和远程医疗等应用中，力反馈系统是非常重要的。

目前，已经存在的力反馈系统大多是伺服电机、压缩空气或电磁场驱动的主动型力再现系统，这些力再现装置虽然能给操作者提供较大范围的力觉反馈，但也存在一些问题，首先一旦出现故障，容易给操作者造成伤害；其次稳定性差，使力反馈性能大大降低；而且再现硬度大的物体或刚体时，因所需的力／力矩很大，要求驱动器体积必须足够大以至于不适合用于力反馈系统。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种用于实现机器人手转动关节力反馈的磁阻尼装置，该磁阻尼装置在自身体积变化不大的情况下，可获得更大的力反馈量值，且结构紧凑，占用空间小。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种用于实现机器人手转动关节力反馈的磁阻尼装置，该磁阻尼装置包括中轴、呈筒状的转动臂外壳、沿轴线设有第一通孔的转动臂磁钢体、平动臂磁钢体、沿轴线设有第二通孔的平动臂轴、档位调节器、呈筒状的平动臂外壳，平动臂磁钢体的直径小于转动臂磁钢体第一通孔的直径；平动臂外壳的第一端口和转动臂外壳的第一端口相对，且平动臂外壳和转动臂外壳同轴设置，平动臂外壳和转动臂外壳之间设有间隙，转动臂磁钢体位于转动臂外壳内，且转动臂磁钢体固定连接在转动臂外壳的内壁上，转动臂磁钢体靠近转动臂外壳的第一端口；平动臂轴位于平动臂外壳中，平动臂磁钢体套装在平动臂轴的外表面，平动臂磁钢体靠近平动臂外壳的第一端口；平动臂外壳的第二端口设有侧板，侧板的中部设有第三通孔；中轴的一端位于转动臂外壳中，另一端穿过转动臂磁钢体的第一通孔、平动臂轴的第二通孔，以及侧板的第三通孔，位于平动臂外壳的外侧；档位调节器设在平动臂外壳上，且档位调节器调节平动臂磁钢体轴向移动，平动臂磁钢体可穿入或穿出转动臂磁钢体的第一通孔。

进一步，所述的档位调节器包括连杆、齿轮、导轨和滑块，导轨固定连接在平动臂外壳的内壁上，滑块的一端嵌至在导轨中，滑块的另一端固定连接在平动臂轴上，平动臂轴上设有齿条，齿轮与齿条相啮合，且齿轮与连杆的一端固定连接，连杆的另一端穿出平动臂外壳。

进一步，所述的导轨和滑块分别为两个，两个导轨相对设置在平动臂外壳的内壁上，每个导轨中嵌至一个滑块，每个滑块的另一端固定连接在平动臂轴上。

进一步，所述的用于实现机器人手转动关节力反馈的磁阻尼装置，还包括旋钮，旋钮固定连接在连杆上，且旋钮位于平动臂外壳的外侧。

进一步，所述的用于实现机器人手转动关节力反馈的磁阻尼装置，还包括定位圆盘，该定位圆盘位于转动臂外壳中，且定位圆盘固定连接在转动臂外壳的内壁上，中轴穿过定位圆盘的通孔。

进一步，所述的平动臂外壳的直径和转动臂外壳的直径相等。

进一步，所述的转动臂磁钢体和转动臂外壳之间设有隔离套，所述的平动臂磁钢体和平动臂轴之间设有隔离套。

进一步，所述的转动臂磁钢体和平动臂磁钢体分别由数量相同的偶数块磁钢分体连接组成，转动臂磁钢体和平动臂磁钢体分别由磁极为N级的磁钢分体和磁极为S级的磁钢分体交替连接组成，且转动臂磁钢体中磁极为N级的磁钢分体与平动臂磁钢体中磁极为S级的磁钢分体相对，转动臂磁钢体中磁极为S级的磁钢分体与平动臂磁钢体中磁极为N级的磁钢分体相对。

有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：

1．可获取变化范围较大的力反馈量值。传统的两相对圆盘形磁刚体结构的磁阻尼器，通过改变两圆盘间气隙的大小进而控制输出力反馈的量值。在磁钢体材料不变的前提下，只能依靠增大圆盘面积、厚度来获得更大的最大力反馈量值，这样必然会占用更多空间，使机械结构更加笨重、复杂。本发明将传统的两相对圆盘形磁钢体的结构改进为两嵌套圆筒形磁钢体的结构，通过控制两圆筒形磁钢体相互嵌套的深度，来控制力反馈量值的大小，NS磁极正对面积的大小变化范围较大，则可以在装置体积不明显变化的情况下，获得变化范围较大的力反馈量值。