一种基于磁流变柔顺装置的机械腿结构及其控制方法

本发明磁流变阻尼器，特别涉及一种基于磁流变柔顺装置的机械腿结构及其控制方法。

背景技术：

1、液压驱动的足式机器人具有较大的承载能力，同时液压驱动系统具有更高的功率密度比，良好的稳定性能以及动作反应迅速等优点。然而，由于其承重负载大以及液压系统自身欠阻尼，导致液压足式机器人在执行运动动作或者发生机体坠落时，机体会受到来自地面较大的振动冲击，导致机体工作失稳甚至侧翻，大大降低了机器人的寿命。

2、针对以上问题，目前常采用的减振方法主要为阻抗控制、力和位移混合控制以及被动柔顺等柔顺控制方法，以上方法虽然能够在一定程度上实现机器人的柔顺运动控制，降低机器人在运动过程中所受到的振动，然而这些控制方法还存在一些不足之处：第一，其中所使用的被动柔顺结构较为复杂同时容易造成机体二次冲击力；第二，所使用的控制方法需要更多的高精度传感器采集外部振动信号，大大提高了控制的成本，并且该方法控制手段较为复杂难以实现稳定控制，因此在机器人的减振控制方面有进一步改进空间。

技术实现思路

1、鉴于现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种基于磁流变柔顺装置的机械腿结构及其控制方法，不仅结构合理，而且通过以磁流变柔顺装置作为机械腿膝关节，当机械腿足端受到冲击时，通过控制磁流变柔顺装置线圈电流大小来控制阻尼力矩，进而抑制足端受到的冲击，提升机械腿稳定性。

2、为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：包括固定顶板，所述固定顶板下端转动连接有机械大腿，所述固定顶板下端铰接有用于驱动机械大腿摆转的大腿液压缸，所述机械大腿下端转动连接有磁流变柔顺装置，该磁流变柔顺装置外端固设有两组吊耳，位于上部的吊耳与铰接在机械大腿上的小腿液压缸伸缩端铰接，位于下部的吊耳上固连有机械小腿。

3、进一步的，所述磁流变柔顺装置包括外壳筒，外壳筒两端均盖设有端盖，所述外壳筒轴心处设置有转轴，该转轴两端穿出两端盖与机械大腿转动连接，所述转轴上设置有随其转动且呈扇形的转子，所述转子转动范围内设置有用以限制过度摆转的定子，所述外壳筒与端盖形成的内腔内填充有磁流变液。

4、进一步的，所述转子设置有两组且中心对称设置在转轴上，所述定子对应中心对称设置有两组，每组定子均由导磁块、导磁线圈架以及绕设在导磁线圈架上的励磁线圈组成，所述导磁块与导磁线圈架均呈扇形且两者之间留设有供磁流变液流通的弧形间隙。

5、进一步的，所述外壳筒内壁开设有供定子嵌设在内的凹槽，所述端盖上均开设有若干呈扇形以夹固并限位定子的限位槽。

6、进一步的，所述机械大腿由两平行的大腿板组成，所述大腿板之间经若干连杆连接，所述大腿板顶部与大腿液压缸顶端均经u型的关节连接板与固定顶板转动连接，所述大腿液压缸伸缩端与大腿板之间的连杆铰接，所述小腿液压缸顶部转动连接在大腿板之间的连杆上，下端经t型连接块与吊耳铰接。

7、进一步的，所述t型连接块平行设置有两块且均经螺栓固连在吊耳两侧，所述t型连接块之间设置有铰接轴并经铰接轴与小腿液压缸伸缩端铰接。

8、进一步的，所述机械小腿顶部经膝关节连接块与吊耳固定，所述膝关节连接块上端经螺栓与吊耳连接，下端开设有供机械小腿插接固定的插槽。

9、进一步的，所述大腿液压缸与大腿液压缸上均安装有位移传感器。

10、进一步的，所述转子均与转轴销连接。

11、一种基于磁流变柔顺装置的机械腿结构的控制方法，按以下步骤进行：首先通过控制大腿液压缸与小腿液压缸的活塞杆位移控制机械腿的运动并配合位移传感器反馈位移及位移误差；然后根据反馈的信息判断机械腿运动所受振动冲击的大小情况，并给予磁流变柔顺装置输出适配的电流，使机械腿运动达到平稳，即当机械小腿足端受到冲击时，通过控制磁流变柔顺装置线圈电流大小来控制阻尼力矩，进而抑制足端受到的冲击。

12、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

13、第一，以一种全新结构的磁流变柔顺装置作为机械腿关节，该装置能够提升机械腿整体结构的柔顺性能，可有效改善机械腿由液压装置驱动所带来的欠阻尼问题，有效提升机械腿整体运动的稳定性；

14、第二，为提高机械腿的柔顺性能，常通过弹性体组件或者在液压执行器上串联柔顺装置，这些方法导致机械腿整体结构增大，并且限制了机械腿运动的行程，而本发明通过在膝关节安装磁流变柔顺装置，不仅结构紧凑不会影响整体结构尺寸，同时机械腿的运动行程也不受限制。

15、下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

技术特征：

1.一种基于磁流变柔顺装置的机械腿结构，其特征在于：包括固定顶板，所述固定顶板下端转动连接有机械大腿，所述固定顶板下端铰接有用于驱动机械大腿摆转的大腿液压缸，所述机械大腿下端转动连接有磁流变柔顺装置，该磁流变柔顺装置外端固设有两组吊耳，位于上部的吊耳与铰接在机械大腿上的小腿液压缸伸缩端铰接，位于下部的吊耳上固连有机械小腿。

2.根据权利要求1所述的一种基于磁流变柔顺装置的机械腿结构，其特征在于：所述磁流变柔顺装置包括外壳筒，外壳筒两端均盖设有端盖，所述外壳筒轴心处设置有转轴，该转轴两端穿出两端盖与机械大腿转动连接，所述转轴上设置有随其转动且呈扇形的转子，所述转子转动范围内设置有用以限制过度摆转的定子，所述外壳筒与端盖形成的内腔内填充有磁流变液。

3.根据权利要求2所述的一种基于磁流变柔顺装置的机械腿结构，其特征在于：所述转子设置有两组且中心对称设置在转轴上，所述定子对应中心对称设置有两组，每组定子均由导磁块、导磁线圈架以及绕设在导磁线圈架上的励磁线圈组成，所述导磁块与导磁线圈架均呈扇形且两者之间留设有供磁流变液流通的弧形间隙。

4.根据权利要求2所述的一种基于磁流变柔顺装置的机械腿结构，其特征在于：所述外壳筒内壁开设有供定子嵌设在内的凹槽，所述端盖上均开设有若干呈扇形以夹固并限位定子的限位槽。

5.根据权利要求1所述的一种基于磁流变柔顺装置的机械腿结构，其特征在于：所述机械大腿由两平行的大腿板组成，所述大腿板之间经若干连杆连接，所述大腿板顶部与大腿液压缸顶端均经u型的关节连接板与固定顶板转动连接，所述大腿液压缸伸缩端与大腿板之间的连杆铰接，所述小腿液压缸顶部转动连接在大腿板之间的连杆上，下端经t型连接块与吊耳铰接。

6.根据权利要求5所述的一种基于磁流变柔顺装置的机械腿结构，其特征在于：所述t型连接块平行设置有两块且均经螺栓固连在吊耳两侧，所述t型连接块之间设置有铰接轴并经铰接轴与小腿液压缸伸缩端铰接。

7.根据权利要求1所述的一种基于磁流变柔顺装置的机械腿结构，其特征在于：所述机械小腿顶部经膝关节连接块与吊耳固定，所述膝关节连接块上端经螺栓与吊耳连接，下端开设有供机械小腿插接固定的插槽。

8.根据权利要求1所述的一种基于磁流变柔顺装置的机械腿结构，其特征在于：所述大腿液压缸与大腿液压缸上均安装有位移传感器。

9.根据权利要求2所述的一种基于磁流变柔顺装置的机械腿结构，其特征在于：所述转子均与转轴销连接。

10.一种基于磁流变柔顺装置的机械腿结构的控制方法，其特征在于，采用如权利要求1-9任一所述的一种基于磁流变柔顺装置的机械腿结构，并按以下步骤进行：首先通过控制大腿液压缸与小腿液压缸的活塞杆位移控制机械腿的运动并配合位移传感器反馈位移及位移误差；然后根据反馈的信息判断机械腿运动所受振动冲击的大小情况，并给予磁流变柔顺装置输出适配的电流，使机械腿运动达到平稳，即当机械小腿足端受到冲击时，通过控制磁流变柔顺装置线圈电流大小来控制阻尼力矩，进而抑制足端受到的冲击。

技术总结本发明涉及一种基于磁流变柔顺装置的机械腿结构及其控制方法，包括固定顶板，所述固定顶板下端转动连接有机械大腿，所述固定顶板下端铰接有用于驱动机械大腿摆转的大腿液压缸，所述机械大腿下端转动连接有磁流变柔顺装置，该磁流变柔顺装置外端固设有两组吊耳，位于上部的吊耳与铰接在机械大腿上的小腿液压缸伸缩端铰接，位于下部的吊耳上固连有机械小腿，通过以磁流变柔顺装置作为机械腿的膝关节，当机械腿足端受到冲击时，通过控制磁流变柔顺装置线圈电流大小来控制阻尼力矩，进而抑制足端受到的冲击，提升机械腿稳定性。技术研发人员：杨坤全,林海涨,黄惠,兰金华受保护的技术使用者：漳州职业技术学院技术研发日：技术公布日：2024/9/26