專利名稱：大行程精確位移驅(qū)動(dòng)控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及的是一種電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域的位姿調(diào)整裝置，具體是一種大行程 精確位移驅(qū)動(dòng)控制裝置。
背景技術(shù)：
磁致伸縮式伸縮機(jī)構(gòu)的大位移驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)尺蠖運(yùn)動(dòng)的方式，通過(guò)多次 磁致伸縮激勵(lì)，將每一次激勵(lì)所產(chǎn)生的微米級(jí)磁致伸縮位移累積至大位移；現(xiàn)有 技術(shù)實(shí)現(xiàn)大位移是由磁致伸縮式伸縮機(jī)構(gòu)和壓電式伸縮機(jī)構(gòu)連接為一體共同作 用。由此存在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)多、整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜、控制繁瑣、機(jī)構(gòu)效率低以及還需要特 殊的機(jī)敏材料(如壓電、磁致伸縮材料)的支持等缺陷。近些年來(lái)產(chǎn)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于精密驅(qū)動(dòng)器、傳 感器和直線電機(jī)研制的機(jī)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(yōu)點(diǎn)，但是基于機(jī)敏材料的驅(qū)動(dòng)普遍存在伸縮位移小，驅(qū)動(dòng)激勵(lì)過(guò)程 復(fù)雜，驅(qū)動(dòng)電壓或電流要求高等缺陷；并且往往需要增加偏置磁場(chǎng)或電場(chǎng)等額外 環(huán)節(jié)來(lái)提髙驅(qū)動(dòng)效果。特別是設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)需要完成大行程伸縮或移動(dòng)時(shí)，往往需 要增加較復(fù)雜的位移放大機(jī)構(gòu)或采用多步移動(dòng)累積，如尺蠖運(yùn)動(dòng)累積的方法來(lái)實(shí) 現(xiàn)。這樣所設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)一般較復(fù)雜，驅(qū)動(dòng)控制環(huán)節(jié)也較多。因此，機(jī)敏材料的伸 縮不適合于研制要求產(chǎn)生大伸縮形變或大行程位移的機(jī)構(gòu)。
經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?200710047397. X"的發(fā)明專 利，提供了一種永磁伸縮機(jī)構(gòu)，其自述為"包括中心永磁體、上限位體、下限 位體、磁激勵(lì)裝置、上彈簧、下彈簧、殼體、上端蓋、下端蓋、上位移輸出桿、 下位移輸出桿，中心永磁體位于上限位體和下限位體之間，中心永磁體、上限位 體、下限位體置于殼體內(nèi)部，并處于磁激勵(lì)裝置產(chǎn)生的磁場(chǎng)中，上限位體與上位 移輸出桿相連，下限位體與下位移輸出桿相連，上彈簧套在上位移輸出桿上，下 彈簧套在下位移輸出桿上，殼體兩端設(shè)有上端蓋和下端蓋，上彈簧置于上限位體 和上端蓋之間，下彈簧置于下限位體和下端蓋之間。"該機(jī)構(gòu)所產(chǎn)生的伸縮位移的大小可控，伸縮位移精度高。但是尚未應(yīng)用于大位移驅(qū)動(dòng)控制的位姿調(diào)整。
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種大行程精確位移驅(qū)動(dòng)控制裝置。 使得本實(shí)用新型適用于大位移驅(qū)動(dòng)控制，將巨磁致伸縮材料驅(qū)動(dòng)器電磁機(jī)械耦合 直接驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生位移，其驅(qū)動(dòng)位移大小可控，驅(qū)動(dòng)過(guò)程容易控制，能夠應(yīng)用于大行 程驅(qū)動(dòng)方面。
本實(shí)用新型是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本實(shí)用新型包括位移放大機(jī)構(gòu)、 輸入位移驅(qū)動(dòng)器、輸出位移驅(qū)動(dòng)器、導(dǎo)向和支撐框架，所述的輸入位移驅(qū)動(dòng)器、 輸出位移驅(qū)動(dòng)器均為磁致伸縮機(jī)構(gòu)，其中輸入位移驅(qū)動(dòng)器由一個(gè)或一個(gè)以上驅(qū) 動(dòng)器串接并固連組成，其一端與導(dǎo)向和支撐框架相固連，另一端與位移放大機(jī)構(gòu) 前端(位移輸入端)固連；位移放大機(jī)構(gòu)的后端(位移輸出端)與輸出位移驅(qū)動(dòng) 器的一端固連，該輸出位移驅(qū)動(dòng)器的另一端通過(guò)導(dǎo)向和支撐框架后與被驅(qū)動(dòng)物體 固連。
所述輸入位移驅(qū)動(dòng)器為一種電磁激勵(lì)巨磁致伸縮機(jī)構(gòu)。 所述輸出位移驅(qū)動(dòng)器為一種電磁、永磁復(fù)合激勵(lì)巨磁致伸縮機(jī)構(gòu)。 所述放大機(jī)構(gòu)為一種液壓或氣壓位移傳遞放大機(jī)構(gòu)。
本實(shí)用新型采用一個(gè)位移放大機(jī)構(gòu)以及在位移放大機(jī)構(gòu)前端(位移輸入端) 和后端(位移輸出端)分別串接磁致伸縮位移驅(qū)動(dòng)器，通過(guò)控制位移放大機(jī)構(gòu)前、 后端驅(qū)動(dòng)器伸縮位移以及放大機(jī)構(gòu)對(duì)位移的放大實(shí)現(xiàn)較大行程的精確位移驅(qū)動(dòng)， 以實(shí)現(xiàn)被驅(qū)動(dòng)物體的位姿精確調(diào)整。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型利用了巨磁致伸縮材料驅(qū)動(dòng)器電磁機(jī)械耦合直 接驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生位移的特性，具有粗精位移耦合驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)；輸入位移驅(qū)動(dòng)器可以是 一個(gè)以上的驅(qū)動(dòng)器串接而成，方便實(shí)現(xiàn)更大的位移；輸出位移驅(qū)動(dòng)器是一個(gè)永磁 偏置伸縮驅(qū)動(dòng)器，容易實(shí)現(xiàn)線性磁致伸縮，從而能夠?qū)崿F(xiàn)超高精度的位移；位移 控制環(huán)節(jié)均為電控制，控制靈敏，方便實(shí)現(xiàn)大位移和精確位移復(fù)合驅(qū)動(dòng)控制。


圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)組成示意圖2是本實(shí)用新型輸入位移驅(qū)動(dòng)器示意圖3是本實(shí)用新型單位移形式輸入位移驅(qū)動(dòng)器示意圖；圖4是本實(shí)用新型放大機(jī)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)施例在以本實(shí)用新型 技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本實(shí) 用新型的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
如圖1所示，本實(shí)施例包括輸入位移驅(qū)動(dòng)器l、位移放大機(jī)構(gòu)2、輸出位移 驅(qū)動(dòng)器3、支撐框架4、支撐導(dǎo)向機(jī)構(gòu)5。所述的輸入位移驅(qū)動(dòng)器l、輸出位移驅(qū) 動(dòng)器3均為磁致伸縮位移驅(qū)動(dòng)器。輸入位移驅(qū)動(dòng)器1一個(gè)或一個(gè)以上位移輸入驅(qū) 動(dòng)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(jī)構(gòu)2的位移 輸入端固連，位移放大機(jī)構(gòu)2的位移輸出端與輸出位移驅(qū)動(dòng)器3的一端固連，輸 出位移驅(qū)動(dòng)器3的另一端通k支撐導(dǎo)向機(jī)構(gòu)5后與被驅(qū)動(dòng)物體6固連。
如圖2所示，本實(shí)施例中，所述輸入位移驅(qū)動(dòng)器1，包括中心巨磁致伸縮 體7、上輸出桿部件8、下輸出桿部件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置于電磁激勵(lì)線 圈10中，中心巨磁致伸縮體7兩端分別與上輸出桿部件8和下輸出桿部件9相連； 中心巨磁致伸縮體7、電磁線圈IO置于外殼體內(nèi)部，并且上彈簧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(shè)有上端蓋14和下端 蓋15，上彈簧11置于上輸出桿部件8和上端蓋14之間，下彈簧12置于下輸出 桿部件9和下端蓋15之間。對(duì)于如圖2所示輸入驅(qū)動(dòng)器1的結(jié)構(gòu)形式，也可以 改為非上下對(duì)稱輸出位移的形式，即只讓下位移輸出桿9產(chǎn)生向下位移。具體而 言，其形式為如圖3所示，上位移輸出桿8變?yōu)橐粋€(gè)剛性支撐臺(tái)25，并去掉上彈 簧11，將支撐臺(tái)25上端面直接與上端蓋14內(nèi)端面連接，將支撐臺(tái)25下端面與 中心巨磁致伸縮體7上端面連接，這樣當(dāng)對(duì)輸入驅(qū)動(dòng)器l施加電磁激勵(lì)時(shí)，由于 輸入驅(qū)動(dòng)器上端蓋14與框架4固連不動(dòng)，這樣隨中心巨磁致伸縮體7伸長(zhǎng)，可以 只產(chǎn)生向下位移即對(duì)放大機(jī)構(gòu)2產(chǎn)生輸入位移。
如圖1所示，所述輸出位移驅(qū)動(dòng)器3，其結(jié)構(gòu)和組成部件均與輸入位移驅(qū)動(dòng) 器的結(jié)構(gòu)和組成部件相同，不同之處在于，輸出位移驅(qū)動(dòng)器3外殼體是由永磁體 環(huán)23和鐵磁體環(huán)24構(gòu)成的復(fù)合外殼體16。
如圖4所示，所述位移放大機(jī)構(gòu)2，包括大口徑腔室17 (由腔壁有彈性的波紋管材料體18制成)，小口徑腔室19(由腔壁有彈性的波紋管材料體20制成)， 以及腔壁無(wú)彈性的連接腔室21組成；連接腔室21介于大口徑腔室17和小口徑腔 室19之間，并串接聯(lián)通，腔室中充滿液體或氣體介質(zhì)22，并且整個(gè)腔室嚴(yán)格密 封；在大、小腔室外部均有支撐導(dǎo)向機(jī)構(gòu)5。
位移放大機(jī)構(gòu)2的大口徑腔室17的外端面固接輸入位移驅(qū)動(dòng)器1的一端；位 移放大機(jī)構(gòu)2的小口徑腔室19的外端面固接輸出位移驅(qū)動(dòng)器3 —端，并且，在位 移放大機(jī)構(gòu)2的小口徑腔室19與輸出位移驅(qū)動(dòng)器3固接處設(shè)有滑動(dòng)支撐導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 5o
本實(shí)施例工作過(guò)程具體如下
如圖1,當(dāng)支撐框架4固定不動(dòng)、整個(gè)裝置完成對(duì)被驅(qū)動(dòng)物體6向豎直上方 推動(dòng)定位經(jīng)過(guò)以下六個(gè)狀態(tài)過(guò)程
(a) 對(duì)位移輸入驅(qū)動(dòng)器1中電磁線圈IO通入激勵(lì)電流，產(chǎn)生電磁場(chǎng)激勵(lì)中心 巨磁致伸縮體7伸長(zhǎng)；由于位移輸入驅(qū)動(dòng)器1的上輸出桿部件8與支撐框架4固 接而固定不動(dòng)，中心巨磁致伸縮體7伸長(zhǎng)位移則經(jīng)位移輸入驅(qū)動(dòng)器1的下輸出桿 部件9傳遞至與其相連的位移放大機(jī)構(gòu)2的大口徑腔室17的外端面；
(b) 位移放大機(jī)構(gòu)2的大口徑腔室17的外端面受迫，推動(dòng)腔室中液體或氣體 介質(zhì)22經(jīng)剛性的連接腔室21傳遞至小口徑腔室19中；由于密封腔中液體或氣體 介質(zhì)22具有不可壓縮性，加之所使用的波紋管18和20具有只在其軸向容易產(chǎn)生 變形的特點(diǎn)，大口徑腔室17受迫被壓縮的體積將被傳導(dǎo)到小口徑腔室19中，此 時(shí)小口徑腔室19由于受到液壓膨脹而表現(xiàn)為伸長(zhǎng)，其伸長(zhǎng)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(jī)構(gòu)2的放大倍數(shù)；
(c) 小口徑腔室19外端推動(dòng)與之固連的輸出位移驅(qū)動(dòng)器3整體向上移動(dòng)， 進(jìn)而推動(dòng)與輸出位移驅(qū)動(dòng)器3另一端固連的被驅(qū)動(dòng)物體6向上移動(dòng)，至此可以實(shí) 現(xiàn)由輸出位移驅(qū)動(dòng)器1經(jīng)放大機(jī)構(gòu)2產(chǎn)生的對(duì)被驅(qū)動(dòng)物體6的大位移定位驅(qū)動(dòng)；
(d) 此時(shí)，對(duì)輸出位移驅(qū)動(dòng)器3中電磁線圈通入激勵(lì)電流，產(chǎn)生電磁場(chǎng)激勵(lì) 輸出位移驅(qū)動(dòng)器3中的中心巨磁致伸縮體伸長(zhǎng)；由于位移輸出驅(qū)動(dòng)器3的下位移 輸出桿部件與小口徑腔室19外端固連而固定不動(dòng)，輸出位移驅(qū)動(dòng)器3中的中心巨 磁致伸縮體伸長(zhǎng)量將沿位移輸出驅(qū)動(dòng)器3的上位移輸出桿部件傳遞至與輸出位移驅(qū)動(dòng)器3另一端固連的被驅(qū)動(dòng)物體6上，從而進(jìn)一步驅(qū)動(dòng)被驅(qū)動(dòng)物體6;并且由 于此時(shí)輸出位移驅(qū)動(dòng)器3產(chǎn)生的位移是其內(nèi)部中心巨磁致伸縮體材料直接產(chǎn)生的
未經(jīng)放大的高精度伸長(zhǎng)位移，所以被驅(qū)動(dòng)物體6可被精確驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生高精度位移；
(e)由于位移輸入驅(qū)動(dòng)器1和位移輸出驅(qū)動(dòng)器3的伸長(zhǎng)量均可以通過(guò)控制輸 入它們中的電磁線圈的電流大小而改變，所以被驅(qū)動(dòng)物體6的位置可以首先通過(guò) 電流控制輸入位移驅(qū)動(dòng)器1伸長(zhǎng)量來(lái)進(jìn)行較大的位移驅(qū)動(dòng)，而后通過(guò)電流控制輸 出位移驅(qū)動(dòng)器3伸長(zhǎng)量來(lái)進(jìn)行較小精確位移的驅(qū)動(dòng)；并且由于輸出位移驅(qū)動(dòng)器3 的永磁偏置作用，位移驅(qū)動(dòng)器3的驅(qū)動(dòng)調(diào)整電流強(qiáng)度可以很小，但位移調(diào)整精度 可以達(dá)到很高。
權(quán)利要求1、一種大行程精確位移驅(qū)動(dòng)控制裝置，其特征在于包括位移放大機(jī)構(gòu)、輸入位移驅(qū)動(dòng)器、輸出位移驅(qū)動(dòng)器、導(dǎo)向和支撐框架，所述的輸入位移驅(qū)動(dòng)器、輸出位移驅(qū)動(dòng)器均為磁致伸縮機(jī)構(gòu)，其中輸入位移驅(qū)動(dòng)器一端與導(dǎo)向和支撐框架相固連，另一端與位移放大機(jī)構(gòu)位移輸入端固連，位移放大機(jī)構(gòu)的位移輸出端與輸出位移驅(qū)動(dòng)器的一端固連，該輸出位移驅(qū)動(dòng)器的另一端通過(guò)導(dǎo)向和支撐框架后與被驅(qū)動(dòng)物體固連。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大行程精確位移驅(qū)動(dòng)控制裝置，其特征是，所述輸入位移驅(qū)動(dòng)器由一個(gè)或一個(gè)以上驅(qū)動(dòng)器串接并固連組成。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的大行程精確位移驅(qū)動(dòng)控制裝置，其特征是，所述輸入位移驅(qū)動(dòng)器為一種電磁激勵(lì)巨磁致伸縮機(jī)構(gòu)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的大行程精確位移驅(qū)動(dòng)控制裝置，其特征是，所述輸出位移驅(qū)動(dòng)器為一種電磁、永磁復(fù)合激勵(lì)巨磁致伸縮機(jī)構(gòu)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大行程精確位移驅(qū)動(dòng)控制裝置，其特征是，所述放大機(jī)構(gòu)為一種液壓或氣壓位移傳遞放大機(jī)構(gòu)。
專利摘要一種電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域的大行程精確位移驅(qū)動(dòng)控制裝置，包括位移放大機(jī)構(gòu)、輸入位移驅(qū)動(dòng)器、輸出位移驅(qū)動(dòng)器、導(dǎo)向和支撐框架，所述的輸入位移驅(qū)動(dòng)器、輸出位移驅(qū)動(dòng)器均為磁致伸縮機(jī)構(gòu)，其中輸入位移驅(qū)動(dòng)器一端與導(dǎo)向和支撐框架相固連，另一端與位移放大機(jī)構(gòu)位移輸入端固連，位移放大機(jī)構(gòu)的位移輸出端與輸出位移驅(qū)動(dòng)器的一端固連，該輸出位移驅(qū)動(dòng)器的另一端通過(guò)導(dǎo)向和支撐框架后與被驅(qū)動(dòng)物體固連。本實(shí)用新型運(yùn)動(dòng)負(fù)載能力大，驅(qū)動(dòng)位移大小可控，驅(qū)動(dòng)位移精度高，驅(qū)動(dòng)過(guò)程過(guò)程容易控制，適用于超精密大位移驅(qū)動(dòng)控制領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H02N2/02GK201365184SQ20092006812
公開(kāi)日2009年12月16日 申請(qǐng)日期2009年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月26日
發(fā)明者光 孟, 李國(guó)平, 楊德華, 楊斌堂 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)