[发明专利]一种磁力关节变刚度执行器

说明书

本发明属于机器人关节技术领域，特别涉及一种磁力关节变刚度执行器。包括外壳、设置于外壳内的转动轴、转子部分、定子部分及转动刚度调节部分，其中定子部分包括电磁铁圆环，电磁铁圆环套设于转动轴上，并且与外壳固定连接；转子部分包括永磁体圆环，永磁体圆环套设于转动轴上，并且与转动轴固定连接；电磁铁圆环和永磁体圆环之间通过磁性相斥使转子部分和定子部分之间产生阻碍转动的扭矩；转动刚度调节部分和永磁体圆环与外部电源连接，从而形成闭合回路；转动刚度调节部分设置于转子部分和外壳之间。本发明通过磁力实现变刚度，无需刚度电机，结构简单；通过接入电阻的改变和接入电压的改变，改变电磁铁磁场强度，而实现主，被动变刚度。

技术领域

本发明属于机器人关节技术领域，特别涉及一种磁力关节变刚度执行器。

背景技术

机器人在各个方面的应用日益增多，十分有必要确保人与机器人的接触是安全的。这其中有一个重要的研究方向，即机器人的柔顺性。因此研究者提出用柔顺关节来代替传统的刚性关节，以保护人员免受伤害。而然，完全柔顺的关节由于刚度过小，难以适应复杂繁重的工作。于是近年来，变刚度关节这一概念受到了更大关注，这种关节可利用被动元件中储存和释放能量，在工作中可以保持较大的刚度，同时可以在与人员的意外接触时降低自身刚度。在诸如传统工业机器人、康复机器人、看护陪伴型机器人等领域中可以实现更大程度的人机共融。目前变刚度关节的变刚度原理以拮抗、杠杆、变曲面方式为主，在变刚度原理上缺乏创新，且变刚度关节大都存在的刚度电机占用空间过大、结构复杂等问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种磁力关节变刚度执行器，以解决现有变刚度关节大都存在的刚度电机占用空间过大、结构复杂等问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种磁力关节变刚度执行器，包括：外壳、设置于所述外壳内的转动轴、转子部分、定子部分及转动刚度调节部分；

所述定子部分包括电磁铁圆环，所述电磁铁圆环套设于所述转动轴上，并且与所述外壳固定连接；

所述转子部分包括永磁体圆环，所述永磁体圆环套设于所述转动轴上，并且与所述转动轴固定连接；

所述电磁铁圆环和所述永磁体圆环之间通过磁性相斥使所述转子部分和所述定子部分之间产生阻碍转动的扭矩；

所述转动刚度调节部分和所述永磁体圆环与外部电源连接，从而形成闭合回路；所述转动刚度调节部分设置于所述转子部分和所述外壳之间，通过所述转子部分的转动可改变所述转动刚度调节部分接入电路的电阻大小，从而改变所述电磁铁圆环的磁场强度，进而实现主动变刚度。

所述电磁铁圆环通过电磁铁半环和铝合金半环焊接而成。

所述铝合金半环的两侧设有凸台结构，所述凸台结构通过紧固螺钉与所述外壳连接。

所述永磁体圆环为两个，并且分别设置于所述电磁铁圆环的两侧。

所述电磁铁圆环与两侧的所述永磁体圆环之间的间距为1mm。

所述永磁体圆环由永磁体半环和铝合金半环焊接而成。

所述电磁铁圆环一侧的N极与同侧的一永磁体圆环的N极相对应；所述电磁铁圆环另一侧的S极与同侧的另一永磁体圆环的S极相对应。

所述转动刚度调节部分包括连接器、石墨球及弧形变阻器，其中弧形变阻器设置于所述外壳内壁上，所述石墨球设置于所述连接器上，并且与所述弧形变阻器滑动连接，所述连接器与所述永磁体圆环接触。

所述弧形变阻器上设有弧形槽体，所述石墨球与所述弧形槽体滑动连接，所述弧形变阻器通过石墨球在弧形槽体内的滑动而改变接入电路的电阻大小。

所述闭合回路上接入变压装置，通过所述变压装置调节接入的电压，从而改变所述电磁铁圆环的磁场强度，进而实现被动变刚度。