[发明专利]一种基于流体粘性的变阻尼驱动器

说明书

本发明公开一种基于流体粘性的变阻尼驱动器，包括外壳，其内设有液压缸，液压缸上端设有固定支架，固定支架一端固定于外壳内侧；液压缸内设有液压腔，液压腔内设有转动活塞，转动活塞中间连接有输入轴，输入轴端部安装有驱动电机；液压腔内连接有液压腔固定隔板，转动活塞和液压腔固定隔板之间连接有拉压弹簧；转动活塞上开设有活塞小孔，活塞小孔上设置有阻尼孔档块，阻尼孔档块连接有阻尼调节装置；液压腔内设置有流体，液压缸底部连接有输出轴。本发明提供的基于流体粘性的变阻尼驱动器，通过阻尼调节电机改变阻尼小孔的大小实现了真正的变粘性阻尼直接控制，并且达到了柔顺驱动和刚性驱动之间的任意转化。

技术领域

本发明涉及变阻尼驱动器技术领域，特别是涉及一种基于流体粘性的变阻尼驱动器。

背景技术

随着机器人产业和应用领域的发展，对其各方面性能提出了新的要求，人机交互在生活中越来越频繁。人机交互的安全性问题越来越受到人们的重视，在机器人中引入柔顺，但柔顺的引入又带来系统的振荡使其控制更加困难，因此阻抗可调节的柔顺驱动至关重要。

变粘性阻尼驱动器本质上属于是一种新型的机械阻抗可调的柔顺驱动器。为了实现柔顺驱动，通常的方案是在刚性驱动器的电机输出端和负载之间加上弹性元件，构成柔顺驱动器。进一步地，为了实现机械阻抗可调，以往方案大多是在柔顺驱动器基础上增加变刚度机构。变刚度柔顺驱动器的研究已成为国内外研究热点领域(比如，公开号为CN105345839A的中国发明专利)。总体来说，变刚度是基于杠杆原理通过改变弹性元件的支点来实现变刚度。另有少部分学者，曾提出了变物理阻尼的思路，但是通过改变电机输出端和负载之间库伦摩擦力的方式去模拟驱动器的粘性阻尼，并非真正改变了物理阻尼。

现有的变刚度关节驱动器是是通过杠杆原理改变弹性元件的支点位置从而改变转动不同角度所需力的大小从而实现变刚度，不能抑制系统振荡，不能实现柔顺驱动和刚性驱动之间的转化，存在弹性单元能量的浪费，变刚度范围小，耗能等缺点。

现有的基于库仑摩擦力的变阻尼方案，并没有真正改变系统的粘性阻尼。而是通过测量和控制的方法，使系统的库伦摩擦力与运动速度成比例关系，从而模拟出粘性阻尼的效果。这种间接控制上存在极大的不确定性。在大阻尼工况下，摩擦损耗极大，能耗高，并且无法彻底锁死驱动器。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于流体粘性的变阻尼驱动器，以解决上述现有技术存在的问题，通过阻尼调节电机改变阻尼小孔的大小实现了真正的变粘性阻尼直接控制，并且达到了柔顺驱动和刚性驱动之间的任意转化。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种基于流体粘性的变阻尼驱动器，包括外壳，所述外壳内设置有液压缸，所述液压缸上端设置有固定支架，所述固定支架一端固定于所述外壳内侧；所述液压缸内设置有液压腔，所述液压腔内活动设置有转动活塞，所述转动活塞中间固定连接有输入轴，所述输入轴端部安装有驱动电机；所述液压腔内固定连接有液压腔固定隔板，所述转动活塞和所述液压腔固定隔板之间连接有拉压弹簧；所述转动活塞和所述液压腔隔板将所述液压腔分为四部分；所述转动活塞上开设有活塞小孔，所述活塞小孔上活动设置有阻尼孔档块，所述阻尼孔档块连接有阻尼调节装置；所述液压腔内设置有流体，所述液压缸底部连接有输出轴。

可选的，所述阻尼调节装置包括滑块，所述滑块外滑动套设有滑环，所述阻尼孔档块与所述滑环底部连接；所述固定支架包括固定平台和导轨，所述滑块内侧滑动设置于所述导轨上，所述滑块上端通过曲柄第一连杆和曲柄第二连杆连接有阻尼调节电机，所述阻尼调节电机固定设置于机架上，所述机架设置于所述固定平台上。

可选的，所述滑块包括滑块上端连接孔和滑块内侧凹槽；所述阻尼调节电机的输出轴和所述曲柄第一连杆上端固定连接，所述曲柄第一连杆下端和曲柄第二连杆上端转动连接，所述曲柄第二连杆下端通过所述滑块上端连接孔连接在所述滑块上。