CN104216413A - 一种姿态控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种姿态控制装置，包括支撑架，所述支撑架包括两个以上的弹簧座，弹簧座上下布置，相邻两个弹簧座之间竖直设置有两根以上的弹簧，弹簧的材料为双程记忆合金，弹簧的上下两端分别固定连接在与其相邻的上下两个弹簧座上，相邻两个弹簧座之间通过万向联轴器连接在一起，每个万向联轴器的上端和下端分别固定连接在其上方和下方的弹簧座上。本发明不仅具有驱动力大、结构简单、可反复使用、可靠性高、可长时间工作、成本低、噪声低、便于安装等优点，而且具有类生物姿态控制的优异性能和简洁紧凑的结构，双程记忆合金弹簧的柔性好，保证姿态控制装置的抗冲击性。

Description

一种姿态控制装置
技术领域
本发明涉及一种姿态控制装置。
背景技术
在姿态控制技术领域，目前国内外对姿态控制装置的驱动方式多采用火药驱动、电磁驱动或电机驱动等方式，火药驱动存在不可重复使用、不具备测试性、价格昂贵等缺陷；电磁驱动长时间振动后存在工作电压偏大和运动件之间相互粘连问题；电机驱动存在体积大、结构复杂等缺陷；为解决姿态控制技术领域驱动方式中存在的问题，一些智能材料，如介电弹性体等被研究用来实现姿态控制驱动。瑞士联邦材料测试和研究实验室的Silvain Michel应用介电弹性体制作了飞艇的左右尾舵和升降舵，研究实现了飞艇的飞行控制，该飞艇能实现30°的偏转、产生力矩2.76N·cm，但是该技术存在驱动电压需要高达几千伏、驱动力小等缺点。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种姿态控制装置，该姿态控制装置具有驱动电压低、驱动力大、结构简单、可反复使用、可靠性高、可长时间工作、成本低、便于安装等优点。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种姿态控制装置，包括支撑架，所述支撑架包括两个以上的弹簧座，弹簧座上下布置，相邻两个弹簧座之间设置有万向联轴器及两根以上竖直的弹簧，弹簧的材料为双程记忆合金，弹簧的上下两端分别固定连接在与其相邻的上下两个弹簧座上，相邻两个弹簧座之间通过万向联轴器连接在一起，每个万向联轴器的上端和下端分别固定连接在其上方和下方的弹簧座上。
优选地，每根弹簧均通过隔热套与弹簧座相连，隔热套固定连接在弹簧座上，每根弹簧的端部均固定连接在隔热套上。
优选地，每根弹簧均螺纹连接在隔热套的内壁上。
优选地，所述隔热套的内腔设置有隔断台，隔断台将隔热套的内腔分隔成上腔和下腔。
优选地，所述隔热套为微晶玻璃陶瓷。
优选地，所述弹簧座整体呈圆盘状。
优选地，弹簧由CuZnAl双程记忆合金材料制成，其表面镀锡。
优选地，相邻两个弹簧座之间设置的弹簧的数量为2～6个。
优选地，所述弹簧为加热时伸长的双程记忆合金弹簧，相邻两个弹簧座之间的每根弹簧的预拉伸量为10％～30％。
优选地，所述弹簧为加热时缩短的双程记忆合金弹簧，相邻两个弹簧座之间的每根弹簧的预压缩量为10％～30％。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
本发明采用双程记忆合金材料的弹簧作为姿态控制执行件，初始状态，姿态控制装置两侧的弹簧抗力相同，故姿态控制装置处于平衡状态，当给一侧的弹簧通电加热时，在热激励下弹簧发生相变，另一侧的预拉伸或预压缩的弹簧具有回复到原长的趋势，姿态控制装置两侧的弹簧抗力失衡，故姿态控制装置向一侧运动。当通电加热的激励撤去后，弹簧又能恢复到原来两侧的弹簧抗力相同的状态，姿态控制装置重新回到原来平衡状态。本发明不仅具有驱动力大、结构简单、可反复使用、可靠性高、可长时间工作、成本低、噪声低、便于安装等优点，而且具有类生物姿态控制的优异性能和简洁紧凑的结构，双程记忆合金弹簧的柔性好，保证姿态控制装置的抗冲击性。
另外，如果弹簧座的数量为三个以上，则姿态控制装置的姿态控制范围可以由多个弹簧座的姿态控制范围累加而成，弹簧座越多，姿态控制装置姿态控制范围就越大，姿态控制装置的柔性就越大，其姿态控制灵活性就越高，本姿态控制装置具有类生物的优异性能和简洁紧凑的结构，实现了仿生驱动和柔性驱动。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明平衡状态下的示意图；
图3为本发明姿态控制后的示意图；
图4为本发明中隔热套的剖视图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1～图3所示，一种姿态控制装置，包括支撑架1，所述支撑架1包括两个以上的弹簧座11，弹簧座11上下布置，相邻两个弹簧座11之间设置有万向联轴器12及两根以上竖直的弹簧2，弹簧2的材料为双程记忆合金，优选地，弹簧2由CuZnAl双程记忆合金材料制成，其表面镀锡。弹簧2的上下两端分别固定连接在与其相邻的上下两个弹簧座11上，相邻两个弹簧座11之间通过万向联轴器12连接在一起，每个万向联轴器12的上端和下端分别固定连接在其上方和下方的弹簧座11上，万向联轴器12能够各个方向转动，从而能够带动弹簧座11各个方向转动。优选地，所述弹簧座11整体呈圆盘状，这样弹簧座11在万向联轴器12的带动下，可以在多个方向上进行姿态控制，姿态控制装置的灵活性比较高。
图1～图3示出的为三个弹簧座11时的情况。使用时，还可以进行扩展。在最上方和最下方的弹簧座11上叠加弹簧2、万向联轴器12及弹簧座11等。如果把一个弹簧座11、连接在一个弹簧座11某一端上的万向联轴器12、多根弹簧2及多个隔热套3看作一个作动单元，则这些作动单元可以进行叠加安装，这样姿态控制装置就可以有N个作动单元工作(其中N为正整数)。
进一步，每根弹簧2均通过隔热套3与弹簧座11相连，隔热套3固定连接在弹簧座11上，每根弹簧2的端部均固定连接在隔热套3上，隔热套3的材料为可加工的微晶玻璃陶瓷。作为优选，每根弹簧2均螺纹连接在隔热套3的内壁上。参照图4，所述隔热套3的内腔设置有隔断台31，隔断台31将隔热套3的内腔分隔成上腔和下腔。隔热套3的外侧设置有外螺纹，内侧设置有内螺纹，隔热套3的外侧螺纹连接在弹簧座11上，其内侧螺纹连接弹簧2。如果上下相对的两根弹簧2安装在同一个隔热套3内，则隔热套3内的隔断台31可以防止其内连接的两根弹簧2相互挤压而影响预伸长量或预压缩量。由于弹簧2会进行加热升温，因此隔热套3能有效防止弹簧2上的热量扩散到其它的零件上，以防影响其它零件的正常使用。
进一步，相邻两个弹簧座11之间设置的弹簧2的数量为2～6个，这些弹簧2分成两列设置在弹簧座11上，这样比较容易控制弹簧座11的转动方向，弹簧座11的转动比较准确，不易发生晃动及偏离预定位置，而且也有助于提高姿态控制装置的驱动力。作为一种优选，如果将弹簧2的数量设置为4个，则这4个弹簧排列在一正方形的四个顶点上，这样圆盘状的弹簧座11可以在多个方向自由进行姿态控制。
进一步，作为一种选择，所述弹簧2可以为加热时高温伸长的CuZnAl记忆合金材料制成，其处于伸长状态的相变温度为80℃～95℃，相邻两个弹簧座11之间的每根弹簧2的预拉伸量为10％～30％。或者，作为另一种选择，所述弹簧2可以为加热时高温缩短的CuZnAl记忆合金弹簧，其处于缩短状态的相变温度为65℃～85℃，相邻两个弹簧座11之间的每根弹簧2的预压缩量为10％～30％。每根弹簧2在安装时先进行预拉伸或预压缩，这样便于通电加热后其快速带动弹簧座11运动，这种结构会显著提高姿态控制装置的响应速度、驱动力和姿态控制角度，有助于提高工作效率。
本发明姿态控制装置采用双程记忆合金材料的弹簧2作为姿态控制执行件，初始状态，姿态控制装置两侧的弹簧2抗力相同，故姿态控制装置处于平衡状态，弹簧座11不姿态控制。当给一侧的弹簧2通电加热时，在热激励下弹簧2发生相变，另一侧的预拉伸或预压缩的弹簧2具有回复到原长的趋势，姿态控制装置两侧的弹簧2抗力失衡，故姿态控制装置向一侧运动。当通电加热的激励撤去后，弹簧2又能恢复到原来两侧的弹簧2抗力相同的状态，姿态控制装置重新回到原来平衡状态。本发明不仅具有驱动力大、结构简单、可反复使用、可靠性高、可长时间工作、成本低、噪声低、便于安装等优点，而且具有类生物的优异性能和简洁紧凑的结构，弹簧2的柔性好，保证姿态控制装置的抗冲击性。
如果弹簧座11的数量为三个以上，则最下方的弹簧座11不能姿态控制，在上的所有弹簧座11均能姿态控制，姿态控制装置的姿态控制角度可以由多个弹簧座11的姿态控制角度累加而成，弹簧座11越多，姿态控制装置姿态控制角度就越大，姿态控制装置的柔性就越大，其姿态控制灵活性就越高，本姿态控制装置具有类生物的优异性能和简洁紧凑的结构，实现了仿生驱动和柔性驱动。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种姿态控制装置，包括支撑架(1)，其特征在于：所述支撑架(1)包括两个以上的弹簧座(11)，弹簧座(11)上下布置，相邻两个弹簧座(11)之间设置有万向联轴器(12)及两根以上竖直的弹簧(2)，弹簧(2)的材料为双程记忆合金，弹簧(2)的上下两端分别固定连接在与其相邻的上下两个弹簧座(11)上，相邻两个弹簧座(11)之间通过万向联轴器(12)连接在一起，每个万向联轴器(12)的上端和下端分别固定连接在其上方和下方的弹簧座(11)上。
2.根据权利要求1所述的一种姿态控制装置，其特征在于：每根弹簧(2)均通过隔热套(3)与弹簧座(11)相连，隔热套(3)固定连接在弹簧座(11)上，每根弹簧(2)的端部均固定连接在隔热套(3)上。
3.根据权利要求2所述的一种姿态控制装置，其特征在于：每根弹簧(2)均螺纹连接在隔热套(3)的内壁上。
4.根据权利要求2所述的一种姿态控制装置，其特征在于：所述隔热套(3)的内腔设置有隔断台(31)，隔断台(31)将隔热套(3)的内腔分隔成上腔和下腔。
5.根据权利要求2所述的一种姿态控制装置，其特征在于：所述隔热套(3)为微晶玻璃陶瓷。
6.根据权利要求1所述的一种姿态控制装置，其特征在于：所述弹簧座(11)整体呈圆盘状。
7.根据权利要求1所述的一种姿态控制装置，其特征在于：弹簧(2)由CuZnAl双程记忆合金材料制成，其表面镀锡。
8.根据权利要求1所述的一种姿态控制装置，其特征在于：相邻两个弹簧座(11)之间设置的弹簧(2)的数量为2～6个。
9.根据权利要求1所述的一种姿态控制装置，其特征在于：所述弹簧(2)为加热时伸长的双程记忆合金弹簧，相邻两个弹簧座(11)之间的每根弹簧(2)的预拉伸量为10％～30％。
10.根据权利要求1所述的一种姿态控制装置，其特征在于：所述弹簧(2)为加热时缩短的双程记忆合金弹簧，相邻两个弹簧座(11)之间的每根弹簧(2)的预压缩量为10％～30％。
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