【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于重力補償設備，特別是涉及一種基于磁流變原理的恒拉力懸吊裝置。
技術介紹
1、隨著我國航空航天事業的快速發展，通過重力補償技術在地面模擬微低重力環境已經成為研究熱點之一，而重力補償技術不僅可以應用于航空航天領域，也可以應用于人體康復助行領域。針對需要進行下肢康復訓練的患者，如果能在康復訓練過程中對其進行恒力減重以減少其下肢受到的壓力，可輔助患者進行康復訓練。在眾多重力補償方法中，懸吊法以實現簡單、附加慣量小且力可調等優點脫穎而出，基于懸吊法研發出來的恒拉力懸吊裝置作為一種典型的機電一體化產品可廣泛應用于康復助行領域。
2、懸吊裝置按照重力補償方式的不同，可分為被動式和主動式兩種。被動式重力補償方式按照實現方法的不同可分為固定長度吊索直連式、配重式和彈簧式，主動式重力補償方式按照實現方法的不同可分為剛性驅動式、剛性驅動與彈性緩沖組合式。而剛性驅動與彈性緩沖組合式的重力補償方式將能主動控制的驅動部件和被動緩沖的彈性部件兩者結合，與其他方式相比，可提供更高的恒拉力控制精度，并且擁有較好的抗沖擊擾動性能。
3、如瑞士蘇黎世聯邦理工學院的martin?frey等研究者研發出一種新型機電一體化體重支撐系統(bws)，該系統主要由主動閉環控制的電力驅動裝置、被動彈性彈簧元件、電動絞盤、滑輪機構和力傳感器組成，吊索一端串聯力傳感器并連接到人體，另一端通過滑輪機構串聯彈簧原件連接到電動絞盤，該系統中的彈簧原件承受主要卸載力，電力驅動裝置產生所需的拉力。該系統能夠實現較高的拉力精度，但抗沖擊擾動能力較差，并且驅動
4、磁流變液作為一種新型磁控智能材料，在外加磁場的作用下，磁流變液的屈服剪切應力、粘度等力學性能會發生快速且可逆的變化，因而其能夠很好的應用于實時控制中，特別是在減振抑振方面，因此磁流變阻尼器與傳統彈性緩沖元件(例如彈簧)相比，具有力矩連續可調，響應快等優點，采用磁流變阻尼器代替懸吊裝置中傳統的彈性緩沖元件，可有效提高懸吊裝置的恒拉力控制精度。
技術實現思路
1、針對現有技術的不足，本專利技術擬解決的技術問題是，提供了一種基于磁流變原理的恒拉力懸吊裝置。
2、本專利技術解決所述技術問題采用的技術方案是：
3、一種基于磁流變原理的恒拉力懸吊裝置，其特征在于，該裝置包括恒拉力機構、吊索長度調整機構和支架結構；
4、所述恒拉力機構包括直流電機、同步帶模組、pcb導電滑環和旋轉式磁流變阻尼器；直流電機位于支架結構上，直流電機的輸出軸通過同步帶模組與旋轉式磁流變阻尼器的第一傳動軸連接，旋轉式磁流變阻尼器通過連接板轉動安裝在支架結構上，pcb導電滑環為旋轉式磁流變阻尼器的勵磁線圈供電；
5、所述吊索長度調整機構包括第一法蘭盤、卷筒、滑動桿、絲杠、第二法蘭盤、吊索、直線軸承和絲杠螺母；第一法蘭盤和第二法蘭盤分別通過連接板轉動安裝在支架結構上，且第一法蘭盤與旋轉式磁流變阻尼器的第二傳動軸連接；絲杠的一端與第一法蘭盤轉動連接，另一端與第二法蘭盤固連；絲杠螺母安裝在絲杠上，卷筒的內盤與絲杠螺母固連，吊索纏繞在卷筒的外盤上；卷筒的周向上均勻分布有多個滑動桿，每個滑動桿分別通過直線軸承與卷筒滑動連接，每個滑動桿的兩端分別與第一法蘭盤和第二法蘭盤固連。
6、進一步的，所述旋轉式磁流變阻尼器包括第一傳動軸、左端蓋、勵磁線圈、外殼、l型內轉子、右端蓋和第二傳動軸；其中，左端蓋和右端蓋連接在外殼的兩端，第一傳動軸與左端蓋固連，第一傳動軸、左端蓋、外殼和右端蓋共同組成旋轉式磁流變阻尼器的外轉子；第二傳動軸與左端蓋和右端蓋轉動連接，并通過密封圈進行密封連接；l型內轉子內嵌在左端蓋、右端蓋以及外殼之間，l型內轉子的內圈與第二傳動軸固連，l型內轉子與左端蓋、右端蓋以及外殼之間的縫隙內填充有磁流變液，勵磁線圈位于左端蓋和外殼之間。
7、進一步的，所述l型內轉子的內圈與外圈之間設有凹槽，左端蓋右端的凸臺嵌入到l型內轉子的凹槽內。
8、進一步的，所述吊索的末端設有拉力傳感器，用于實時采集吊索的拉力值。
9、與現有技術相比，本專利技術的有益效果是：
10、1.為了實現懸吊裝置的恒拉力控制精度，通過調節磁流變阻尼器內部勵磁線圈的電流大小來調節阻尼力矩的大小以適應不同的重力補償工況，能夠更好地進行重力補償。采用旋轉式磁流變阻尼器代替傳統彈性緩沖元件，能夠有效提高裝置的抗沖擊擾動特性，并且在大位移、高載荷的工況下旋轉式磁流變阻尼器可以保持更低的剛度，能夠更好地減小吊索的力誤差。本專利技術的旋轉式磁流變阻尼器的內轉子軸向截面為l型結構，增加了阻尼器內部磁路的有效工作面積(磁路中共有5條有效工作路徑)，相較于傳統的圓筒或圓盤式磁流變阻尼器，可有效提高工作區域面積，可以使阻尼器輸出更大的阻尼力矩；在旋轉工況下能降低轉子的轉動慣量，有效減少轉動慣量對恒拉力控制精度的影響，提高恒拉力控制精度。
11、2.將直流電機、同步帶傳動模組和旋轉式磁流變阻尼器結合到一起組成恒拉力機構，通過直流電機和旋轉式磁流變阻尼器的協調工作，能夠有效提供恒定力矩輸出并有效減小了直流電機的驅動功率。
12、3.吊索長度調整機構由卷筒和絲杠模組等構件組成，卷筒的導程和其內部絲杠的導程一致，可保證負載在上下往復運動過程中僅在垂直方向產生位移而不會產生水平方向的位移，可有效減小負載運動過程中的力誤差并降低裝置控制系統復雜性。
13、4.與現有常見的驅動部件和主動彈性元件組合式的恒拉力懸吊裝置相比，本裝置總體結構更加簡單，并且在吊索與負載之間串聯拉力傳感器，用以實時監測和采集吊索中的拉力信息并反饋給控制系統，控制系統根據拉力傳感器反饋的拉力數值可實時調整提供給旋轉式磁流變阻尼器勵磁線圈電流的大小，以保證在負載運動過程中阻尼器能提供相應力矩，此種工作方式能夠提供更高的恒拉力控制精度。
14、5.本裝置的安裝位置和安裝高度可隨實際工況需要實時調整，可有效增加本裝置的應用范圍以滿足不同的應用場景。
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1.一種基于磁流變原理的恒拉力懸吊裝置，其特征在于，該裝置包括恒拉力機構、吊索長度調整機構和支架結構；
2.根據權利要求1所述的基于磁流變原理的恒拉力懸吊裝置，其特征在于，所述旋轉式磁流變阻尼器包括第一傳動軸、左端蓋、勵磁線圈、外殼、L型內轉子、右端蓋和第二傳動軸；其中，左端蓋和右端蓋連接在外殼的兩端，第一傳動軸與左端蓋固連，第一傳動軸、左端蓋、外殼和右端蓋共同組成旋轉式磁流變阻尼器的外轉子；第二傳動軸與左端蓋和右端蓋轉動連接，并通過密封圈進行密封連接；L型內轉子內嵌在左端蓋、右端蓋以及外殼之間，L型內轉子的內圈與第二傳動軸固連，L型內轉子與左端蓋、右端蓋以及外殼之間的縫隙內填充有磁流變液，勵磁線圈位于左端蓋和外殼之間。
3.根據權利要求2所述的基于磁流變原理的恒拉力懸吊裝置，其特征在于，所述L型內轉子的內圈與外圈之間設有凹槽，左端蓋右端的凸臺嵌入到L型內轉子的凹槽內。
4.根據權利要求1～3任一所述的基于磁流變原理的恒拉力懸吊裝置，其特征在于，所述吊索的末端設有拉力傳感器，用于實時采集吊索的拉力值。
【技術特征摘要】
1.一種基于磁流變原理的恒拉力懸吊裝置，其特征在于，該裝置包括恒拉力機構、吊索長度調整機構和支架結構；
2.根據權利要求1所述的基于磁流變原理的恒拉力懸吊裝置，其特征在于，所述旋轉式磁流變阻尼器包括第一傳動軸、左端蓋、勵磁線圈、外殼、l型內轉子、右端蓋和第二傳動軸；其中，左端蓋和右端蓋連接在外殼的兩端，第一傳動軸與左端蓋固連，第一傳動軸、左端蓋、外殼和右端蓋共同組成旋轉式磁流變阻尼器的外轉子；第二傳動軸與左端蓋和右端蓋轉動連接，并通過密封圈進行密封連接；l型內...
【專利技術屬性】
技術研發人員：李軍強，朱忠飛，魯曉琪，楊冬，
申請(專利權)人：河北工業大學，
類型：發明
國別省市：
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