大行程精確位移驅動控制裝置的製作方法
2023-10-28 11:24:52 1
專利名稱：大行程精確位移驅動控制裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及的是一種電機技術領域的位姿調整裝置，具體是一種大行程 精確位移驅動控制裝置。
背景技術：
磁致伸縮式伸縮機構的大位移驅動的實現是通過尺蠖運動的方式，通過多次 磁致伸縮激勵，將每一次激勵所產生的微米級磁致伸縮位移累積至大位移；現有 技術實現大位移是由磁致伸縮式伸縮機構和壓電式伸縮機構連接為一體共同作 用。由此存在設計環節多、整體結構複雜、控制繁瑣、機構效率低以及還需要特 殊的機敏材料(如壓電、磁致伸縮材料)的支持等缺陷。近些年來產生了如巨磁致 伸縮材料、壓電陶瓷以及磁致伸縮形狀記憶合金等新型的可用於精密驅動器、傳 感器和直線電機研製的機敏材料，這些材料具有能量密度大，輸出功率高，伸縮 形變精確等優點，但是基於機敏材料的驅動普遍存在伸縮位移小，驅動激勵過程 複雜，驅動電壓或電流要求高等缺陷；並且往往需要增加偏置磁場或電場等額外 環節來提髙驅動效果。特別是設計的機構需要完成大行程伸縮或移動時，往往需 要增加較複雜的位移放大機構或採用多步移動累積，如尺蠖運動累積的方法來實 現。這樣所設計的機構一般較複雜，驅動控制環節也較多。因此，機敏材料的伸 縮不適合於研製要求產生大伸縮形變或大行程位移的機構。
經對現有技術的檢索發現，中國專利申請號為"200710047397. X"的發明專 利，提供了一種永磁伸縮機構，其自述為"包括中心永磁體、上限位體、下限 位體、磁激勵裝置、上彈簧、下彈簧、殼體、上端蓋、下端蓋、上位移輸出杆、 下位移輸出杆，中心永磁體位於上限位體和下限位體之間，中心永磁體、上限位 體、下限位體置於殼體內部，並處於磁激勵裝置產生的磁場中，上限位體與上位 移輸出杆相連，下限位體與下位移輸出杆相連，上彈簧套在上位移輸出杆上，下 彈簧套在下位移輸出杆上，殼體兩端設有上端蓋和下端蓋，上彈簧置於上限位體 和上端蓋之間，下彈簧置於下限位體和下端蓋之間。"該機構所產生的伸縮位移的大小可控，伸縮位移精度高。但是尚未應用於大位移驅動控制的位姿調整。
實用新型內容
本實用新型針對現有技術的不足，提出了一種大行程精確位移驅動控制裝置。 使得本實用新型適用於大位移驅動控制，將巨磁致伸縮材料驅動器電磁機械耦合 直接驅動產生位移，其驅動位移大小可控，驅動過程容易控制，能夠應用於大行 程驅動方面。
本實用新型是通過如下技術方案實現的，本實用新型包括位移放大機構、 輸入位移驅動器、輸出位移驅動器、導向和支撐框架，所述的輸入位移驅動器、 輸出位移驅動器均為磁致伸縮機構，其中輸入位移驅動器由一個或一個以上驅 動器串接並固連組成，其一端與導向和支撐框架相固連，另一端與位移放大機構 前端(位移輸入端)固連；位移放大機構的後端(位移輸出端)與輸出位移驅動 器的一端固連，該輸出位移驅動器的另一端通過導向和支撐框架後與被驅動物體 固連。
所述輸入位移驅動器為一種電磁激勵巨磁致伸縮機構。 所述輸出位移驅動器為一種電磁、永磁複合激勵巨磁致伸縮機構。 所述放大機構為一種液壓或氣壓位移傳遞放大機構。
本實用新型採用一個位移放大機構以及在位移放大機構前端(位移輸入端) 和後端(位移輸出端)分別串接磁致伸縮位移驅動器，通過控制位移放大機構前、 後端驅動器伸縮位移以及放大機構對位移的放大實現較大行程的精確位移驅動， 以實現被驅動物體的位姿精確調整。
與現有技術相比，本實用新型利用了巨磁致伸縮材料驅動器電磁機械耦合直 接驅動產生位移的特性，具有粗精位移耦合驅動的特點；輸入位移驅動器可以是 一個以上的驅動器串接而成，方便實現更大的位移；輸出位移驅動器是一個永磁 偏置伸縮驅動器，容易實現線性磁致伸縮，從而能夠實現超高精度的位移；位移 控制環節均為電控制，控制靈敏，方便實現大位移和精確位移複合驅動控制。
圖1是本實用新型的結構組成示意圖2是本實用新型輸入位移驅動器示意圖3是本實用新型單位移形式輸入位移驅動器示意圖；圖4是本實用新型放大機構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的實施例作詳細說明本實施例在以本實用新型 技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本實 用新型的保護範圍不限於下述的實施例。
如圖1所示，本實施例包括輸入位移驅動器l、位移放大機構2、輸出位移 驅動器3、支撐框架4、支撐導向機構5。所述的輸入位移驅動器l、輸出位移驅 動器3均為磁致伸縮位移驅動器。輸入位移驅動器1一個或一個以上位移輸入驅 動器l串接而成，其一端與支撐框架4相固連，另一端與位移放大機構2的位移 輸入端固連，位移放大機構2的位移輸出端與輸出位移驅動器3的一端固連，輸 出位移驅動器3的另一端通k支撐導向機構5後與被驅動物體6固連。
如圖2所示，本實施例中，所述輸入位移驅動器1，包括中心巨磁致伸縮 體7、上輸出杆部件8、下輸出杆部件9、電磁線圈IO、上彈簧ll、下彈簧12、 外殼體13、上端蓋14、下端蓋15。其中，中心巨磁致伸縮體7置於電磁激勵線 圈10中，中心巨磁致伸縮體7兩端分別與上輸出杆部件8和下輸出杆部件9相連； 中心巨磁致伸縮體7、電磁線圈IO置於外殼體內部，並且上彈簧ll套在上輸出 部件8上，下彈簧12套在下輸出部件9上，外殼體13兩端設有上端蓋14和下端 蓋15，上彈簧11置於上輸出杆部件8和上端蓋14之間，下彈簧12置於下輸出 杆部件9和下端蓋15之間。對於如圖2所示輸入驅動器1的結構形式，也可以 改為非上下對稱輸出位移的形式，即只讓下位移輸出杆9產生向下位移。具體而 言，其形式為如圖3所示，上位移輸出杆8變為一個剛性支撐臺25，並去掉上彈 簧11，將支撐臺25上端面直接與上端蓋14內端面連接，將支撐臺25下端面與 中心巨磁致伸縮體7上端面連接，這樣當對輸入驅動器l施加電磁激勵時，由於 輸入驅動器上端蓋14與框架4固連不動，這樣隨中心巨磁致伸縮體7伸長，可以 只產生向下位移即對放大機構2產生輸入位移。
如圖1所示，所述輸出位移驅動器3，其結構和組成部件均與輸入位移驅動 器的結構和組成部件相同，不同之處在於，輸出位移驅動器3外殼體是由永磁體 環23和鐵磁體環24構成的複合外殼體16。
如圖4所示，所述位移放大機構2，包括大口徑腔室17 (由腔壁有彈性的波紋管材料體18製成)，小口徑腔室19(由腔壁有彈性的波紋管材料體20製成)， 以及腔壁無彈性的連接腔室21組成；連接腔室21介於大口徑腔室17和小口徑腔 室19之間，並串接聯通，腔室中充滿液體或氣體介質22，並且整個腔室嚴格密 封；在大、小腔室外部均有支撐導向機構5。
位移放大機構2的大口徑腔室17的外端面固接輸入位移驅動器1的一端；位 移放大機構2的小口徑腔室19的外端面固接輸出位移驅動器3 —端，並且，在位 移放大機構2的小口徑腔室19與輸出位移驅動器3固接處設有滑動支撐導向機構 5o
本實施例工作過程具體如下
如圖1,當支撐框架4固定不動、整個裝置完成對被驅動物體6向豎直上方 推動定位經過以下六個狀態過程
(a) 對位移輸入驅動器1中電磁線圈IO通入激勵電流，產生電磁場激勵中心 巨磁致伸縮體7伸長；由於位移輸入驅動器1的上輸出杆部件8與支撐框架4固 接而固定不動，中心巨磁致伸縮體7伸長位移則經位移輸入驅動器1的下輸出杆 部件9傳遞至與其相連的位移放大機構2的大口徑腔室17的外端面；
(b) 位移放大機構2的大口徑腔室17的外端面受迫，推動腔室中液體或氣體 介質22經剛性的連接腔室21傳遞至小口徑腔室19中；由於密封腔中液體或氣體 介質22具有不可壓縮性，加之所使用的波紋管18和20具有隻在其軸向容易產生 變形的特點，大口徑腔室17受迫被壓縮的體積將被傳導到小口徑腔室19中，此 時小口徑腔室19由於受到液壓膨脹而表現為伸長，其伸長量b為大口徑腔室17 縮短量a與大口徑腔室17外端面面積S與小口徑腔室19外端面面積s比值的乘 積，即b = a X S/s， S/s為位移放大機構2的放大倍數；
(c) 小口徑腔室19外端推動與之固連的輸出位移驅動器3整體向上移動， 進而推動與輸出位移驅動器3另一端固連的被驅動物體6向上移動，至此可以實 現由輸出位移驅動器1經放大機構2產生的對被驅動物體6的大位移定位驅動；
(d) 此時，對輸出位移驅動器3中電磁線圈通入激勵電流，產生電磁場激勵 輸出位移驅動器3中的中心巨磁致伸縮體伸長；由於位移輸出驅動器3的下位移 輸出杆部件與小口徑腔室19外端固連而固定不動，輸出位移驅動器3中的中心巨 磁致伸縮體伸長量將沿位移輸出驅動器3的上位移輸出杆部件傳遞至與輸出位移驅動器3另一端固連的被驅動物體6上，從而進一步驅動被驅動物體6;並且由 於此時輸出位移驅動器3產生的位移是其內部中心巨磁致伸縮體材料直接產生的
未經放大的高精度伸長位移，所以被驅動物體6可被精確驅動產生高精度位移；
(e)由於位移輸入驅動器1和位移輸出驅動器3的伸長量均可以通過控制輸 入它們中的電磁線圈的電流大小而改變，所以被驅動物體6的位置可以首先通過 電流控制輸入位移驅動器1伸長量來進行較大的位移驅動，而後通過電流控制輸 出位移驅動器3伸長量來進行較小精確位移的驅動；並且由於輸出位移驅動器3 的永磁偏置作用，位移驅動器3的驅動調整電流強度可以很小，但位移調整精度 可以達到很高。
權利要求1、一種大行程精確位移驅動控制裝置，其特徵在於包括位移放大機構、輸入位移驅動器、輸出位移驅動器、導向和支撐框架，所述的輸入位移驅動器、輸出位移驅動器均為磁致伸縮機構，其中輸入位移驅動器一端與導向和支撐框架相固連，另一端與位移放大機構位移輸入端固連，位移放大機構的位移輸出端與輸出位移驅動器的一端固連，該輸出位移驅動器的另一端通過導向和支撐框架後與被驅動物體固連。
2、 根據權利要求1所述的大行程精確位移驅動控制裝置，其特徵是，所述輸入位移驅動器由一個或一個以上驅動器串接並固連組成。
3、 根據權利要求1或2所述的大行程精確位移驅動控制裝置，其特徵是，所述輸入位移驅動器為一種電磁激勵巨磁致伸縮機構。
4、 根據權利要求l所述的大行程精確位移驅動控制裝置，其特徵是，所述輸出位移驅動器為一種電磁、永磁複合激勵巨磁致伸縮機構。
5、 根據權利要求1所述的大行程精確位移驅動控制裝置，其特徵是，所述放大機構為一種液壓或氣壓位移傳遞放大機構。
專利摘要一種電機技術領域的大行程精確位移驅動控制裝置，包括位移放大機構、輸入位移驅動器、輸出位移驅動器、導向和支撐框架，所述的輸入位移驅動器、輸出位移驅動器均為磁致伸縮機構，其中輸入位移驅動器一端與導向和支撐框架相固連，另一端與位移放大機構位移輸入端固連，位移放大機構的位移輸出端與輸出位移驅動器的一端固連，該輸出位移驅動器的另一端通過導向和支撐框架後與被驅動物體固連。本實用新型運動負載能力大，驅動位移大小可控，驅動位移精度高，驅動過程過程容易控制，適用於超精密大位移驅動控制領域。
文檔編號H02N2/02GK201365184SQ20092006812
公開日2009年12月16日 申請日期2009年2月26日 優先權日2009年2月26日
發明者光 孟, 李國平, 楊德華, 楊斌堂 申請人:上海交通大學