CN102437777B - 外置传感装置大位移精密驱动机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种外置传感大位移精密驱动机构，包括壳体、驱动装置、位移传递放大部件、终端装置、外置传感装置、位移输出杆、水平柔性连接件、支点支架、滑块及竖直柔性连接件，驱动装置安装在壳体内，位移传递放大部件安装在壳体外并通过支点支架与壳体连接；位移输出杆的内端面与驱动装置连接，其外端面通过水平柔性连接件与位移传递放大部件连接；滑块设置在位移传递放大部件上，通过竖直柔性连接件与终端装置连接；外置传感装置安装在壳体与位移传递放大部件之间。本发明较小尺度机体可实现精密大行程直线位移、一定范围的角位移驱动，或较大振幅振动驱动，并具有驱动位移或振幅自传感功能，可制成全闭环精密驱动控制系统。

Description

外置传感装置大位移精密驱动机构

技术领域

本发明涉及一种驱动装置，具体是一种外置传感装置大位移精密驱动机构。

背景技术

在光学精密驱动定位，微纳米振动主动控制等领域，精密驱动装置是关键部件。对驱动装置的性能，尤其是在小尺寸空间对可达到的驱动行程、振幅、驱动力和驱动精确度等方面的性能要求越来越高。但是，目前的驱动装置，尤其是智能材料驱动装置，其通常存在驱动精度高，但驱动行程小的缺陷。在空间光学自动控制和精密振动驱动等领域非常需要一种具备小体积、大行程、精密位移或振动驱动的驱动装置。

经过对现有技术的检索发现，2008年5月28日公开的中国专利，申请号为200710125011，其公开了一种智能材料-磁致伸缩驱动器，包括壳体、磁致伸缩棒、线圈支架及驱动线圈，沿磁致伸缩棒的伸缩方向设有一个传递杆，该传递杆的一端与该磁致伸缩棒接触，另一端与一个伸出所述壳体外的输出器接触；传递杆与壳体之间设有弹性部件；所述线圈支架部分或全部由磁性材料制成，并向所述磁致伸缩棒提供偏置磁场。该发明将提供偏置磁场的永磁体与线圈支架合为一体，使结构更为紧凑，可减小驱动器的体积，这样的结构不仅有利于散热，而且通过采用磁浮驱动的最简化方式驱动磁致伸缩棒，降低了磁路磁阻，使磁致伸缩棒的伸缩变化更加灵敏。此外，采用了直接输出的方式，减小了相位变化及失真的问题，进一步简化并优化了结构。但是，这种驱动器存在缺点，是其驱动位移较小，基于磁致伸缩常数，该结构驱动器如果获得大行程驱动，其磁致伸缩材料体，即整个驱动器尺寸将会相当大。不适合微小尺度空间或轻质量驱动装置应用需求的领域。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种外置传感装置大位移精密驱动机构。

本发明是通过以下技术方案实现的。

一种外置传感装置大位移精密驱动机构，包括壳体、驱动装置、位移传递放大部件、终端装置、外置传感装置、位移输出杆、水平柔性连接件、支点支架、滑块及竖直柔性连接件，其中，驱动装置安装在壳体内部，位移传递放大部件安装在壳体外部并通过支点支架与壳体相连接；位移输出杆设置在壳体上，其内端面与驱动装置相连接，其外端面通过水平柔性连接件与位移传递放大部件相连接；滑块设置在位移传递放大部件上，通过竖直柔性连接件与终端装置相连接；所述外置传感装置安装在壳体与位移传递放大部件之间。

所述壳体靠近位移传递放大部件的一端为左端盖，所述左端盖上设有通孔，位移输出杆安装在该通孔内；所述壳体远离位移传递放大部件的一端为壳体底端，所述壳体底端开有螺纹孔，该螺纹孔内设置有底端调节件；所述壳体顶部设有传感器滑槽，传感装置安装在该传感器滑槽上。

所述外置传感装置包括传感支架体、传感调节螺母、弹性调节件和传感器，其中，传感支架体安装在壳体顶部的传感器滑槽上，传感调节螺母设置在传感支架体上，传感器设置在传感支架体与位移传递放大部件之间，弹性调节件设置在传感器与传感调节螺母之间。

所述驱动装置包括：驱动材料体和驱动激励体，其中，驱动材料体设置在驱动激励体中间, 所述驱动材料体为驱动材料体为受电或电磁激励后可产生伸缩的材料体，所述可产生伸缩的材料体为磁致伸缩材料体，所述驱动激励体为电磁线圈或电压激励体；所述驱动装置还包括辅助激励体，其中，辅助激励体设置在驱动材料体和驱动激励体之间或者设置在驱动激励体外侧,所述辅助激励体为永磁体。

所述位移传递放大部件为L型，包括长臂端和短臂端，支点支架设置在长臂端与短臂端的交接处，长臂端上设有放大调节滑槽，滑块设置在放大调节滑槽上，所述支点支架为轴承式支点支架或弹性式支点支架，所述长臂端位于壳体的上方或者下方。

所述终端装置包括输出杆和导向体，其中，导向体设置在输出杆外侧，输出杆通过竖直柔性连接件与滑块相连接，所述输出杆为终端输出杆或贯通输出杆。所述终端装置还包括输出端传感器、输出位移连接杆和位移力弹簧，其中，输出端传感器固定在导向体上，输出位移连接杆连接在输出杆上并穿过输出端传感器，输出端传感器与输出杆之间设有位移力弹簧。

所述外置传感装置大位移精密驱动机构还包括底端传感器，其中，底端传感器设置在壳体内远离位移输出杆的一端，底端传感器的一端与驱动装置相连接，其另一端与安装在壳体上螺纹孔内的底端调节件相连接。底端传感器可以用于感知驱动材料体被激励过程中的变形驱动应力变化，该力的变化也存在与位移力弹簧变形量的对应关系，从而可根据底端传感器的压力传感信号间接得知输出杆或输出位移连接杆的位移。

利用上述外置传感装置大位移精密驱动机构构成的组合外置传感装置大位移精密驱动机构，采用薄钢片式铰链通过串联、并联、平面或立体组合方式组合。

工作时，驱动材料体在辅助激励体的永磁偏置激励下，已具有初始伸长驱动位移。此时对驱动激励体施加电流信号产生磁场，也作用于驱动材料体上。根据驱动材料体的驱动特性，当对驱动激励体施加电流信号产生磁场与辅助激励体的永磁偏置激励同向，则驱动材料体伸长，反之缩短。

当驱动材料体伸长时，驱动材料体将推动位移输出杆进而推动水平柔性连接件为薄钢片。由于水平柔性连接件另一端与位移传递放大部件为刚性杆的短臂端固连，位移传递放大部件为刚性杆被推动一个小位移，该位移经位移传递放大部件传递到放大部件另一端为长臂端，再通过竖直柔性连接件为竖直钢片连接而最终将位移传递到输出杆上。由于位移传递放大部件为刚性杆的作用，驱动材料体产生的微小位移可以在输出杆上产生一个较大的向下位移，并且器放大倍数为位移传递放大部件为刚性杆在轴承支点支架两边长短臂端长度的比值。

位移传递放大部件为刚性杆，由于滑块在位移传递放大部件的长臂端上能够进行位置调节，所以本发明驱动装置的输出位移量值可通过滑块进行调节。

另外，需要说明的是，本装置的水平柔性连接件和竖直柔性连接件采用水平或竖直钢片，是由于其具有在位移传递方向上的高刚性，而在与位移传递方向垂直的方向上具有较好的柔弹性，所以虽然刚性位移传递放大部件在传递位移时有一个沿轴承支点支架的整体转动，由于钢片柔弹性作用，刚性位移传递放大部件不会被导向体和位移输出杆刚性约束卡死，输出杆在导向体中的位移可以实现。

反之，对当驱动激励体为电磁线圈施加电流信号产生磁场与辅助激励体为永磁体的永磁偏置激励反向，则驱动材料体缩短。由于弹性调节件和/或位移力弹簧的预加载弹性力的作用，将弹性力作用于位移传递放大部件和水平柔性连接件进而推动位移输出杆与缩短的驱动材料体随动。这样在输出杆上产生一个的向上位移。

     至此，本发明可以实现输出杆上下往复运动驱动。

本发明提供了一种外置传感器大位移精密驱动机构，较小尺度机体可实现精密大行程直线位移、一定范围的角位移驱动，或较大振幅振动驱动，并具有驱动位移或振幅自传感功能，可制成全闭环精密驱动控制系统。

与现有技术相比，本发明包括以下优点：结构紧凑、可实现精密大驱动行程位移，可形成位移放大倍数可调，同时实现驱动传感一体化智能驱动器件特性。结构简单，紧凑、安装方便，特别适合应用于竖直方向尺寸限制严格，但要求实现大驱动行程的应用场合。本发明是一个具有传感功能的基础单元式智能驱动部件，一个以上该智能部件的组合使用，可以方便制成多自由度驱动装置或系统。具有广泛应用领域。

附图说明

图1为本发明永磁激励双向驱动机构，

其中，（a）为结构示意图；（b）为上下动作过程示意图；

图2为本发明非永磁激励单向驱动机构的单向动作过程示意图；

图3为本发明多传感驱动机构的结构示意图；

图4 为本发明组合驱动机构形式示意图；

图5 为铰链结构形式示意图，

其中，（a）为平面铰链结构形式示意图，（b）为立体铰链结构形式示意图。

具体实施方式

实施例1

本实施例为永磁激励双向驱动的外置传感装置大位移精密驱动机构。

如图1中(a)所示，本实施例包括：壳体1、驱动装置、位移传递放大部件9、终端装置、外置传感装置、位移输出杆7、水平柔性连接件6、支点支架10、滑块17及竖直柔性连接件19，其中，驱动装置安装在壳体1内部，位移传递放大部件9安装在壳体1外部并通过支点支架10与壳体1相连接；位移输出杆7设置在壳体1上，其内端面与驱动装置相连接，其外端面通过水平柔性连接件6与位移传递放大部件9相连接；滑块17设置在位移传递放大部件9上，通过竖直柔性连接件19与终端装置相连接；所述外置传感装置安装在壳体1与位移传递放大部件9之间。

壳体1靠近位移传递放大部件9的一端为左端盖2，左端盖2上设有通孔，位移输出杆7安装在该通孔内；壳体1远离位移传递放大部件9的一端为壳体底端，壳体底端开有螺纹孔，该螺纹孔内设置有底端调节件14；壳体1顶部设有传感器滑槽8，传感装置安装在该传感器滑槽8上。

驱动装置包括驱动材料体3、驱动激励体4及辅助激励体5；外置传感器装置包括传感支架体11、传感调节螺母12、弹性调节件13及传感器15；终端装置包括输出杆20和导向体18，该输出杆20为终端输出杆或贯通输出杆。

其中，驱动材料体3置于驱动激励体4中间，并且在驱动材料体3和驱动激励体4之间设有辅助激励体5，或将辅助激励体5置于驱动激励体外4侧（及在尺寸允许的情况下辅助激励体5和驱动激励体4位置可交换），这些部件全部置于壳体1内部。在壳体1的左端盖2上开有通孔，通孔中装有位移输出杆7。在壳体1上底端（右端）与左端盖相对的一端开有螺纹孔，螺纹孔中装有底端调节件14。并且，位移输出杆7内端面与驱动材料体3端面接触，位移输出杆7外端面与水平柔性连接件6一端固连。水平柔性连接件6另一端与位移传递放大部件9的短臂端固连。位移传递放大部件9为L型，包括长臂端和短臂端，支点支架10设置在长臂端与短臂端交接处，位移传递放大部件9可相对支点支架10转动，支点支架10固定在壳体1上，支点支架10为轴承式支点支架或弹性支点支架。位移传递放大部件9的长臂端，其端部设置滑块17，滑块17与输出杆20通过竖直柔性连接件19连接。如图1所示，位移传递放大部件的长臂端可以位于壳体1的上方；位移传递放大部件9的长臂端也可以位于壳体1的下方。输出杆20外侧还设有导向体18。在位移传递放大部件9的长臂端上设有放大调节滑槽16，输出杆20可以通过滑块17在位移传递放大部件9的长臂端上的放大调节滑槽16上滑动，并在确定放大比例后实现位置上紧定位。在壳体1上设有传感器滑槽8，传感支架体11可以在传感器滑槽8上滑动，以及确定位置后上紧定位。在传感支架体11和位移传递放大部件9长臂端之间设有传感器15，传感器15和传感支架体11上的传感调节螺母12之间放有弹性调节件13，该弹性调节件13为角形弹簧，同时传感支架体11上还设有其它相应紧固螺母，用于紧固调节螺母以及紧固传感支架体11于壳体1上。

驱动材料体3为为受电或电磁激励后可产生伸缩的材料体，该可产生伸缩的材料体为磁致伸缩材料体，驱动激励体4为电磁线圈或电压激励体，辅助激励体5为永磁体，工作时，驱动材料体3在辅助激励体5的永磁偏置激励下，已具有初始伸长驱动位移。此时对驱动激励体4施加电流信号产生磁场，也作用于驱动材料体3上。根据驱动材料体3的驱动特性，当对驱动激励体4施加电流信号产生磁场与辅助激励体5的永磁偏置激励同向，则驱动材料体3伸长，反之缩短。

当驱动材料体3伸长时，根据如图1所示结构，驱动材料体3将推动位移输出杆7进而推动水平柔性连接件6为薄钢片。由于水平柔性连接件6另一端与刚性杆位移传递放大部件9的短臂端固连，刚性杆位移传递放大部件9被推动一个小位移，该位移经位移传递放大部件9传递到位移传递放大部件9另一端为长臂端，再通过竖直柔性连接件为竖直钢片19连接而最终将位移传递到输出杆20上。由于刚性杆位移传递放大部件9的作用，驱动材料体3产生的微小位移可以在输出杆20上产生一个较大的向下位移，并且其放大倍数为刚性杆位移传递放大部件9在支点支架10两边长短臂端长度的比值。

位移传递放大部件9为刚性杆，由于滑块17在位移传递放大部件9的长臂端上能够进行位置调节，所以本发明驱动装置的输出位移量值可通过滑块17进行调节。

另外，需要说明的是，本装置的水平柔性连接件6和竖直柔性连接件19采用水平或竖直钢片，是由于其具有在位移传递方向上的高刚性，而在与位移传递方向垂直的方向上具有较好的柔弹性，所以虽然刚性位移传递放大部件9在传递位移时有一个沿支点支架10的整体转动，由于钢片柔弹性作用，刚性位移传递放大部件9不会被导向体18和位移输出杆7刚性约束卡死，输出杆20在导向体18中的位移可以实现。

反之，对当驱动激励体4为电磁线圈施加电流信号产生磁场与辅助激励体5为永磁体的永磁偏置激励反向，则驱动材料体3缩短。由于弹性调节件13和/或位移力弹簧23的预加载弹性力的作用，将弹性力作用于位移传递放大部件9和水平柔性连接件6进而推动位移输出杆7与缩短的驱动材料体3 随动。这样在输出杆20上产生一个的向上位移。

     至此，所发明装置可以实现如图1中(b)所示的输出杆20上下往复运动驱动。

实施例2

本实施例为非永磁激励单向驱动的外置传感装置大位移精密驱动机构。

实施例2为实施例1的变化例，如图2所示，本实施例与实施例1不同之处在于，本实施例去除了辅助激励体5，其它组成同实施例1。本实施例对输出杆20只可产生单向驱动和复位动作。

实施例3

本实施例为多传感器驱动的外置传感装置大位移精密驱动机构。

实施例3为实施例1的变化例，如图3所示，本实施例分别在终端装置中安装一个输出端传感器21，以及在壳体1底端安装一个底端传感器24，并辅助相应安装配件。

对于这种多传感器形式,具体而言，本发明在终端装置中的输出杆20上固连一个输出位移连接杆22，输出位移连接杆22穿过固定在导向体18上的输出端传感器21。并且输出端传感器21和输出杆20之间设有位移力弹簧23。这样，输出端传感器21可以感知位移力弹簧23在驱动过程中其变形应力变化量，根据感知位移力弹簧23的所标定弹性系数从而可以知道输出杆20或输出位移连接杆22的位移。

另外，将一个底端传感器24置于壳体1底端，底端调节件14和驱动材料体3之间。通过旋转调整底端调节件14将底端传感器24压紧在底端调节件14和驱动材料体3之间。这样，底端传感器24可以用于感知驱动材料体3被激励过程中的变形驱动应力变化。该力的变化也存在与位移力弹簧23变形量的对应关系，从而可根据底端传感器24的传感信号（压力传感信号）间接得知输出杆20或输出位移连接杆22的位移。

实施例4

利用上述实施例提供的外置传感装置大位移精密驱动机构构成的组合外置传感装置大位移精密驱动机构。

如图4和图5中(a)和(b)所示，对于本发明所述装置，可以通过平面或立体的薄钢片式铰链，链接制成利用一个以上本装置的串联、并联以及平面和立体组合驱动装置，从而产生多维驱动效果。

以上对本发明的实施例作了详细说明，是以本发明技术方案为前提下进行实施，但本发明的保护范围不限于上述的实施例。

Claims (10)

1.一种外置传感装置大位移精密驱动机构，其特征在于，包括壳体、驱动装置、位移传递放大部件、终端装置、外置传感装置、位移输出杆、水平柔性连接件、支点支架、滑块及竖直柔性连接件，其中，驱动装置安装在壳体内部，位移传递放大部件安装在壳体外部并通过支点支架与壳体相连接；位移输出杆设置在壳体上，其内端面与驱动装置相连接，其外端面通过水平柔性连接件与位移传递放大部件相连接；滑块设置在位移传递放大部件上，通过竖直柔性连接件与终端装置相连接；所述外置传感装置安装在壳体与位移传递放大部件之间。

2.根据权利要求1所述的外置传感装置大位移精密驱动机构，其特征在于，所述壳体靠近位移传递放大部件的一端为左端盖，所述左端盖上设有通孔，位移输出杆安装在该通孔内；所述壳体远离位移传递放大部件的一端为壳体底端，所述壳体底端开有螺纹孔，该螺纹孔内设置有底端调节件；所述壳体顶部设有传感器滑槽，传感装置安装在该传感器滑槽上。

3.根据权利要求1所述的外置传感装置大位移精密驱动机构，其特征在于，所述外置传感装置包括传感支架体、传感调节螺母、弹性调节件和传感器，其中，传感支架体安装在壳体顶部的传感器滑槽上，传感调节螺母设置在传感支架体上，传感器设置在传感支架体与位移传递放大部件之间，弹性调节件设置在传感器与传感调节螺母之间。

4.根据权利要求1所述的外置传感装置大位移精密驱动机构，其特征在于，所述驱动装置包括：驱动材料体和驱动激励体，其中，驱动材料体设置在驱动激励体中间；所述驱动材料体为受电或电磁激励后可产生伸缩的材料体，所述可产生伸缩的材料体为磁致伸缩材料体，所述驱动激励体为电磁线圈或电压激励体。

5.根据权利要求4所述的外置传感装置大位移精密驱动机构，其特征在于，所述驱动装置还包括辅助激励体，其中，辅助激励体设置在驱动材料体和驱动激励体之间或者设置在驱动激励体外侧；所述辅助激励体为永磁体。

6.根据权利要求1所述的外置传感装置大位移精密驱动机构，其特征在于，所述位移传递放大部件为L型，包括长臂端和短臂端，支点支架设置在长臂端与其短臂端的交接处，长臂端上设有放大调节滑槽，滑块设置在放大调节滑槽上，所述支点支架为轴承式支点支架或弹性式支点支架，所述长臂端位于壳体的上方或者下方。

7.根据权利要求1所述的外置传感装置大位移精密驱动机构，其特征在于，所述终端装置包括输出杆和导向体，其中，导向体设置在输出杆外侧，输出杆通过竖直柔性连接件与滑块相连接，所述输出杆为终端输出杆或贯通输出杆。

8.根据权利要求7所述的外置传感装置大位移精密驱动机构，其特征在于，所述终端装置还包括输出端传感器、输出位移连接杆和位移力弹簧，其中，输出端传感器固定在导向体上，输出位移连接杆连接在输出杆上并穿过输出端传感器，输出端传感器与输出杆之间设有位移力弹簧。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的外置传感装置大位移精密驱动机构，其特征在于，还包括底端传感器，其中，底端传感器设置在壳体内远离位移输出杆的一端，底端传感器的一端与驱动装置相连接，其另一端与安装在壳体上螺纹孔内的底端调节件相连接。

10.利用如权利要求1至9任一项所述的外置传感装置大位移精密驱动机构构成的组合外置传感装置大位移精密驱动机构，其特征在于，多个外置传感装置大位移精密驱动机构之间通过薄钢片式铰链，构成具有串联结构、并联结构、在同一平面内分布、或在三维空间内分布的组合外置传感装置大位移精密驱动机构。

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