CN103414388B - 一种实现恒定力输出的作动装置 - Google Patents

Abstract

一种实现恒定力输出的作动装置，包括中空桶状的下导磁载体，下导磁载体内底部中央处带有凹槽，磁铁下端置于凹槽内并和下导磁载体通过磁力连接，磁铁上端置于上导磁载体底部的凹槽内并和其通过磁力连接，在下导磁载体和上导磁载体的间隙中套有线圈骨架，在线圈骨架的顶端设有载荷施加端，在其内底部中央和上导磁载体的上端间连有弹簧环，在弹簧环的两侧贴有电阻应变片，在线圈骨架与下导磁载体相邻的侧部绕有一个以上粗调线圈和精调线圈，和电阻应变片依次连有信号采集电路、A/D转换模块、PC机、D/A转换模块和电流功率放大器，电流功率放大器输出端与粗调线和精调线圈相连；在外部发生位移或载荷变化时，保证其输出已设定大小的力且保证输出力的精确和稳定。

Description

一种实现恒定力输出的作动装置

技术领域

本发明涉及力作动装置，具体涉及一种实现恒定力输出的作动装置。

背景技术

近年来在科学研究和工程生产领域中越来越多地需要得到恒定力输出的装置，同时对力输出的精确性和稳定性提出了更加苛刻的要求。现有技术中对恒定力输出的具体实现方式多通过机械结构的设计来实现。

此外，现有装置中对于输出力的作动器多为非反馈系统，其输出力的精确性和稳定性有待提高。而通过反馈的闭环回路，可以有效提高输出力的精确性和稳定性。另外现有力输出作动装置难以将电与力载荷相结合，难以使得电路系统对力载荷的检测和控制，且难以对输出力的大小进行动态的精确调节。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种实现恒定力输出的作动装置，在外部发生位移或载荷变化时，保证其输出已设定大小的力且保证输出力的精确和稳定。

为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种实现恒定力输出的作动装置，包括中空桶状的下导磁载体2，所述下导磁载体2内底部中央处带有凹槽，磁铁1下端置于凹槽内并和下导磁载体2通过磁力连接，所述磁铁1上端置于上导磁载体14底部的凹槽内并和上导磁载体14通过磁力连接，在所述下导磁载体2和上导磁载体14的间隙中套有线圈骨架3，在所述线圈骨架3的顶端设置有载荷施加端13，在所述线圈骨架3的内底部中央和上导磁载体14的上端间连接有弹簧环6，在所述弹簧环6左右两侧的环内外贴有电阻应变片7，在所述线圈骨架3与下导磁载体2相邻的侧部绕有一个以上粗调线圈4和精调线圈5，所述粗调线圈4的位置靠近下导磁载体2的内侧面，和所述电阻应变片7依次连接有信号采集电路8、A/D转换模块9、PC机10、D/A转换模块11和电流功率放大器12，所述电流功率放大器12的输出端与粗调线圈4和精调线圈5相连。

所述弹簧环6上下两端通过卡槽与线圈骨架3的内底部中央和上导磁载体14的上端相连。

所述磁铁1为永磁铁或电磁铁。

所述下导磁载体2和上导磁载体14的最大磁通密度和作动装置对力输出的要求相适配。

所述线圈骨架3采用具有良好散热性、不导磁、不导电的材料。

所述线圈骨架3的材料为环氧树脂或玻璃钢。

本发明和现有技术相比，具有如下优点：

1）本发明由弹簧环6，电阻应变片7，信号采集电路8，A/D转换模块9，PC机10，D/A转换模块11，电流功率放大器12，粗调线圈4和精调线圈5构成闭环回路，能够形成反馈系统，使得预设载荷能够得到精确输出，在输出端载荷发生变化时能够迅速且精准地进行载荷调节，以实现恒定力的输出。

2）由于本发明中设计有多重线圈调节，可以实现大量程输出力载荷的同时对力的大小进行不同精度的调节，最终实现高精度大量程的恒定力输出。

总之，本发明能够通过闭环电路反馈控制实现恒定力的输出。

附图说明

图1为本发明作动器机械作动结构的剖面示意图。

图2为本发明作动器的电路反馈回路示意框图。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

如图1所示，本发明一种实现恒定力输出的作动装置，包括中空状的下导磁载体2，所述下导磁载体2内底部中央处带有凹槽，磁铁1下端置于凹槽内并和下导磁载体2通过磁力连接，所述磁铁1上端置于上导磁载体14底部的凹槽内并和上导磁载体14通过磁力连接，在所述下导磁载体2和上导磁载体14的间隙中套有线圈骨架3，在所述线圈骨架3的顶端设置有载荷施加端13，在所述线圈骨架3的内底部中央和上导磁载体14的上端间连接有弹簧环6，在所述弹簧环6左右两侧的环内外贴有电阻应变片7，在所述线圈骨架3与下导磁载体2相邻的侧部绕有一个以上粗调线圈4和精调线圈5，本实施例为一个，所述粗调线圈4的位置靠近下导磁载体2的内侧面，和所述电阻应变片7依次连接有信号采集电路8、A/D转换模块9、PC机10、D/A转换模块11和电流功率放大器12，所述电流功率放大器12的输出端与粗调线圈4和精调线圈5相连。所述下导磁载体2和上导磁载体14的最大磁通密度和作动装置对力输出的要求相适配。

作为本发明的优选实施方式，所述弹簧环6上下两端通过卡槽与线圈骨架3的内底部中央和上导磁载体14的上端相连。

作为本发明的优选实施方式，所述磁铁1为永磁铁或电磁铁，能够产生较强的磁场。

所述线圈骨架3采用具有良好散热性、不导磁、不导电的材料。优选的，采用环氧树脂或玻璃钢。

下导磁载体2，磁铁1和上导磁载体14及空间气隙（线圈骨架嵌入的位置）构成完整的磁回路，并在空间气隙处形成均匀的空间磁场。

如图1和图2所示，本发明的工作原理为：弹簧环6发生弹性形变时，其左右两侧的电阻应变片7会发生模拟电压输出，其输出量与弹簧环6承受的力在一定范围内具有线性关系，而弹簧环6与其他部件为刚性连接，该力的大小即为输出力的大小，因此该模拟电压输出能够与输出力大小进行线性对应。输出力的大小用电阻应变片7的输出模拟电压所表示，该模拟信号被送入信号采集电路8，进行信号的采集，再将采集到的信号送入A/D转换模块9，进行模数转换，以使得PC机10能够识别和处理，送入PC机10后，PC机10进行分析、计算和处理后，将需要输出的信号以数字信号形式输出，该数字信号被送入D/A转换模块11，转换为模拟信号，再送入电流功率放大器12，电流功率放大器12将接收到的模拟电压信号转换为一定值的恒定电流，该电流被送入粗调线圈4和精调线圈5中。由于线圈所处的位置存在均匀磁场，线圈有电流流过时即会产生电磁力，该力通过线圈传递至线圈骨架3，再由位于线圈骨架3上端的载荷施加端13进行力的输出。当载荷施加端13和被加载物体之间有相对运动或相对运动的趋势时，力载荷发生变化，弹簧环6发生新的弹性形变，其左右两侧的电阻应变片7输出与弹簧环受力形成线性关系的模拟电压信号，再由电路反馈回路进行信号的反馈，从而电流功率放大器12中输出的电流信号发生变化，输出的电磁力大小发生变化，改变弹簧环6的形变程度，继而改变其左右两侧的电阻应变片7的模拟电压信号输出，由PC机10检测该信号与初始设定的力所对应的模拟电压信号相等时，PC机10输出稳定的信号，电流功率放大器12输出稳定电流，产生稳定的电磁力。

Claims (6)

1.一种实现恒定力输出的作动装置，其特征在于：包括中空桶状的下导磁载体（2），所述下导磁载体（2）内底部中央处带有凹槽，磁铁（1）下端置于凹槽内并和下导磁载体（2）通过磁力连接，所述磁铁（1）上端置于上导磁载体（14）底部的凹槽内并和上导磁载体（14）通过磁力连接，在所述下导磁载体（2）和上导磁载体（14）的间隙中套有线圈骨架（3），在所述线圈骨架（3）的顶端设置有载荷施加端（13），在所述线圈骨架（3）的内底部中央和上导磁载体（14）的上端间连接有弹簧环（6），在所述弹簧环（6）左右两侧的环内外贴有电阻应变片（7），在所述线圈骨架（3）与下导磁载体（2）相邻的侧部绕有一个以上粗调线圈（4）和精调线圈（5），所述粗调线圈（4）的位置靠近下导磁载体（2）的内侧面，所述电阻应变片（7）依次连接有信号采集电路（8）、A/D转换模块（9）、PC机（10）、D/A转换模块（11）和电流功率放大器（12），所述电流功率放大器（12）的输出端与粗调线圈（4）和精调线圈（5）相连。

2.根据权利要求1所述的一种实现恒定力输出的作动装置，其特征在于：所述弹簧环（6）上下两端通过卡槽与线圈骨架（3）的内底部中央和上导磁载体（14）的上端相连。

3.根据权利要求1所述的一种实现恒定力输出的作动装置，其特征在于：所述磁铁（1）为永磁铁或电磁铁。

4.根据权利要求1所述的一种实现恒定力输出的作动装置，其特征在于：所述下导磁载体（2）和上导磁载体（14）的最大磁通密度和作动装置对力输出的要求相适配。

5.根据权利要求1所述的一种实现恒定力输出的作动装置，其特征在于：所述线圈骨架（3）采用具有良好散热性、不导磁、不导电的材料。

6.根据权利要求5所述的一种实现恒定力输出的作动装置，其特征在于：所述线圈骨架（3）的材料为环氧树脂或玻璃钢。