CN102756378B - 一种磁流变智能皮肤 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁流变智能皮肤，其包括工作单元和平垫，其中的工作单元由圆筒、底板、孔板、球壳、弹性膜以及励磁线圈或电磁铁构成，球壳固定在圆筒的上端，底板固定在圆筒的下端，弹性膜固定在圆筒内的中下部，孔板固定在球壳与弹性膜之间的圆筒内，励磁线圈或电磁铁固定在圆筒的外圆周上，圆筒、底板、弹性膜和球壳由高分子弹性材料构成，孔板由不导磁材料构成，在圆筒内的弹性膜与底板之间的空腔内充有一定压力的气体，在圆筒内的球壳与弹性膜之间的空间内充满了磁流变液；所述平垫由高分子弹性材料构成，在平垫的一个平面上分布有多个平底盲孔，平垫的厚度大于圆筒的长度，多个工作单元被固定在平垫的多个平底盲孔内。

Description

一种磁流变智能皮肤

技术领域

 本发明属于一种机器人皮肤，具体涉及一种磁流变智能皮肤。

背景技术

我们知道机器人的手是用于抓取不同物体的，因此，对机器人的手部皮肤应当具有可调整的摩擦力，以适应其抓取不同物体的要求，但现有的机器人皮肤通常采用多种材料和多层结构制成，如：中国专利申请号为：201010609734.1的“一种机器人皮肤”，尽管这类机器人皮肤用于机器人的身体部分还是比较有效的，若用于机器人的手部则因其摩擦力不可调整而难以适应抓取不同物体的要求。

发明内容

为了克服现有机器人皮肤用于机器人的手部的不足，本发明提出了一种磁流变智能皮肤。

本发明的技术方案如下：一种磁流变智能皮肤，其包括工作单元和平垫，其中：工作单元由圆筒、底板、孔板、球壳、弹性膜以及励磁线圈或电磁铁构成，球壳固定在圆筒的上端，底板固定在圆筒的下端，弹性膜固定在圆筒内的中下部，孔板固定在球壳与弹性膜之间的圆筒内，励磁线圈或电磁铁固定在圆筒的外圆周上，圆筒、底板、弹性膜和球壳由高分子弹性材料构成，孔板由不导磁材料构成，在圆筒内的弹性膜与底板之间的空腔内充有一定压力的气体，在圆筒内的球壳与弹性膜之间的空间内充满了磁流变液；所述平垫由高分子弹性材料构成，在平垫的一个平面上分布有多个平底盲孔，平垫的厚度大于圆筒的长度，多个工作单元被固定在平垫的多个平底盲孔内，在孔板的中部至少有一个通孔。

本发明的功能是这样实现的：在工作单元的圆筒内固定有一个孔板时，圆筒内的磁流变液被孔板分隔成上、下两部分，当圆筒外圆周上的励磁线圈或电磁铁没有通入电流（或通入较小的电流），通过圆筒内磁流变液的电磁场强度为零（或电磁场强度较低），此时圆筒内的磁流变液为液态（或粘度较低），液态（或粘度较低）的磁流变液可顺利通过孔板中部的通孔在圆筒内的上、下流动，当圆筒外圆周上的励磁线圈或电磁铁通入电流后，使圆筒内磁流变液的电磁场强度较大时，在该电磁场的作用下使圆筒内的磁流变液的粘度较大而呈半固化状态，使孔板两端的磁流变液因孔板的分隔而不能上、下流动，使圆筒内“固化”后的磁流变液在孔板的两端各自保持着当前的状态。

当多个工作单元固定在平垫的多个平底盲孔内并形成了磁流变智能皮肤后，在磁流变智能皮肤的表面就形成了多个球状凸起，将磁流变智能皮肤固定在机器人手部的表面后，当机器手上磁流变智能皮肤的各工作单元的圆筒外圆周上的励磁线圈或电磁铁没有通入电流时，各工作单元的圆筒内的磁流变液呈液态，此时机器手开始抓拿物体，被抓物体的外形与磁流变智能皮肤上的球状凸起就会发生接触，并压迫磁流变智能皮肤上的球状凸起，球状凸起内液态的磁流变液在受到所拿物体外形的挤压后，将使磁流变智能皮肤上各工作单元圆筒内液态的磁流变液从球状凸起流入到圆筒内，并通过圆筒内孔板上的通孔从孔板的上端流到的孔板的下端，使圆筒中部的弹性膜被推向圆筒的底部，使弹性膜与底板之间的空腔被压缩变小，因机器手所拿物体外形的不同，使磁流变智能皮肤表面上的多个球状凸起受压后的变形程度不同，当机器手拿住物体后，对磁流变智能皮肤上的各工作单元的圆筒外圆周上的励磁线圈或电磁铁通入电流，使各圆筒外圆周上的励磁线圈或电磁铁产生电磁场，在该电磁场的作用下各工作单元的圆筒内的磁流变液因粘度变高而“固化”，圆筒内被“固化”的磁流变液因受到孔板的阻隔而不能在圆筒内上、下流动，使圆筒内磁流变液在孔板的两端保持着被挤压时的状态不变，使磁流变智能皮肤表面的球状凸起保持着与机器手所抓物体的外形（也就是将物体“卡”在了机器手的多个球状凸起之间）从而避免了物体的滑落；通过调整进入磁流变智能皮肤内各工作单元圆筒外圆周上的励磁线圈或电磁铁的电流大小，即可调整各圆筒内的磁流变液的粘度大小，使磁流变智能皮肤的摩擦力的大小得到调整，使机器手抓握不同物体时所要求的不同的摩擦力得到了满足。

当机器手放下物体后，关断进入磁流变智能皮肤内各工作单元圆筒外圆周上励磁线圈或电磁铁的电流，使通过各圆筒内的磁流变液的电磁场强度为零，使磁流变智能皮肤的各工作单元内被“固化”的磁流变液的粘度从半固态迅速变为液态，此时，在各工作单元的圆筒中部的弹性膜迅速复原的挤压下，使各圆筒内液态的磁流变液通过环形板上的圆孔从环形板的下端流回到的环形板的上端，使磁流变智能皮肤的表面的球状凸起恢复到原始状态，为机器手的下次抓拿物体作好准备。

与现有的机器人皮肤相比，本发明的磁流变智能皮肤因其摩擦力可自由调节而更加适用于机器人的手部。

附图说明

图1是本发明的一种结构示意图。

图2是工作单元的一种结构示意图。

图3是图2的剖视图。

图4是平垫的一种结构示意图。

图5是本发明工作单元在工作时的一种示意图。

图6是本发明磁流变智能皮肤固定在机器手指上的一种示意图。

图7是固定了磁流变智能皮肤的机器手指准备抓住一个鸡蛋的一种示意图。

图8是固定了磁流变智能皮肤的机器手指拿住鸡蛋时的一种示意图。

图9是图8的剖视图。

具体实施方式

以下结合附图详细说明本发明的结构：

参见图1至图4， 此为本发明的一种具体结构，一种磁流变智能皮肤16，其包括工作单元9、平垫11，其中：工作单元9由圆筒5、底板8、孔板4、球壳1、弹性膜6以及励磁线圈或电磁铁3构成，球壳1固定在圆筒5的上端，底板8固定在圆筒5的下端，弹性膜6固定在圆筒5内的中下部，孔板4固定在球壳1与弹性膜6之间的圆筒5内，励磁线圈或电磁铁3固定在圆筒5的外圆周上，圆筒5、底板8、弹性膜6和球壳1由高分子弹性材料构成，孔板4由不导磁材料构成，在圆筒5内的弹性膜6与底板8之间的空腔7内充有一定压力的气体，在圆筒5内的球壳1与弹性膜6之间的空间内充满了磁流变液2；平垫11由高分子弹性材料构成，在平垫11的一个平面上分布有多个平底盲孔12，平垫11的厚度大于圆筒5的长度，多个工作单元9被固定在平垫的多个平底盲孔12内，在孔板4的中部有至少有一个通孔18。

下面结合附图5对本发明的一种磁流变智能皮肤的工作状态进行描述：将工作单元9的圆筒5外圆周上的励磁线圈或电磁铁3与控制电源10相连接，在工作单元9的圆筒5内固定有一个孔板4时，圆筒5内的磁流变液2被孔板4分隔成上、下两部分，当控制电源10没有向圆筒5外圆周上的励磁线圈或电磁铁3输出电流时，通过圆筒5内磁流变液2的电磁场强度为零，此时圆筒5内的磁流变液2为液态，因此，当物体20挤压工作单元9的球壳1时，球壳1内液态的磁流变液2通过圆筒5中部的孔板4上的通孔18从圆筒5的上部流到圆筒5的下部并使圆筒5中部的弹性膜6被推向圆筒5的底部，使弹性膜6与底板8之间的空腔7被压缩变小，此时，若控制电源10向圆筒5外圆周上的励磁线圈或电磁铁3输出电流后，使圆筒5内通过磁流变液2的电磁场强度较大时，在该电磁场的作用下使圆筒5内的磁流变液2的粘度较大而呈半固化状态，使孔板4上、下两端的磁流变液2因孔板4的分隔而不能上、下流动了，使圆筒5内“固化”后的磁流变液2在孔板4的上、下两端各自保持着当前的状态。

现在结合图6、图7、图8和图9对本发明的一种磁流变智能皮肤的应用作进一步描述：

参见图6，将磁流变智能皮肤16固定在机器手14的各手指表面，控制电源10与机器手14的各手指表面的磁流变智能皮肤16的所有工作单元9上的励磁线圈或电磁铁3连接；参见图7，将一个鸡蛋15置于机器手14的各手指之间；参见图8和图9，当机器手14的各手指闭合时，使机器手14各手指上的磁流变智能皮肤16上的球状凸起与鸡蛋15发生接触，在鸡蛋15外形的挤压下使机器手14手指上的磁流变智能皮肤16上的球状凸起受到了不同程度的挤压变形，这样，受到挤压的各工作单元9的圆筒5内液态的磁流变液2从球状凸起流入到圆筒5内并通过圆筒5内孔板4上的通孔18从孔板4的上端流到的孔板4的下端，使圆筒5中下部的弹性膜6被推向圆筒5的底部，使弹性膜6与底板8之间的空腔7被压缩变小，此时，打开控制电源10向磁流变智能皮肤16上的所有工作单元9上的励磁线圈或电磁铁3送入电流，使各工作单元9圆筒5外圆周上的励磁线圈或电磁铁3产生电磁场，在该电磁场的作用下各工作单元9的圆筒5内的磁流变液2因粘度变高而“固化”，圆筒5内被“固化”的磁流变液2因受到孔板4的阻隔而不能在圆筒5内上、下流动，使圆筒5内的磁流变液2在孔板4的两端保持着被挤压时的状态不变，使磁流变智能皮肤16表面的球状凸起保持着与所抓鸡蛋15时的外形（也就是鸡蛋15被“卡”在了机器手14各手指的多个球状凸起之间）从而避免了鸡蛋15的滑落，这就使机器手14抓住了鸡蛋15。

Claims (2)

1.一种磁流变智能皮肤，其包括工作单元和平垫，其特征在于：所述工作单元由圆筒、底板、孔板、球壳、弹性膜以及励磁线圈或电磁铁构成，球壳固定在圆筒的上端，底板固定在圆筒的下端，弹性膜固定在圆筒内的中下部，孔板固定在球壳与弹性膜之间的圆筒内，励磁线圈或电磁铁固定在圆筒的外圆周上，圆筒、底板、弹性膜和球壳由高分子弹性材料构成，孔板由不导磁材料构成，在圆筒内的弹性膜与底板之间的空腔内充有一定压力的气体，在圆筒内的球壳与弹性膜之间的空间内充满了磁流变液；所述平垫由高分子弹性材料构成，在平垫的一个平面上分布有多个平底盲孔，平垫的厚度大于圆筒的长度，多个工作单元被固定在平垫的多个平底盲孔内。

2.如权利要求1所述的一种磁流变智能皮肤，其特征在于：所述孔板的中部至少有一个通孔。