CN107344025A - 一种二自由度驱动装置及包含该装置的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及领域，公开了一种二自由度驱动装置及包含该装置的设备。驱动装置包括：驱动部；摆动部，其包括基体、弹性件和摆杆，摆杆通过弹性件与基体相连，并且在组装好且通电的情形下，弹性件允许摆杆在设定范围内摆动；传动部；其中，驱动部通过传动部与摆动部连接，该连接能够实现摆动部的整体旋转。本发明提供的二自由度驱动装置，结构紧凑，体积小，反应迅速，力损耗小，效率高，使得应用该驱动装置的设备实现了小型化，同时，该装置造价低廉，加工方便，应用广泛，可应用在多种领域，如各类玩具的旋翼、航模、潜艇模型等产品中。

Description

一种二自由度驱动装置及包含该装置的设备

技术领域

本发明涉及动力装置领域，特别是涉及一种二自由度驱动装置及包含该装置的设备。

背景技术

舵机是一种位置(角度)伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。目前在高档遥控玩具，如航模、潜艇模型、机器人中已得到普遍应用。

现有技术中采用舵机驱动的装置很多，如云台、机器人关节、机器鱼的胸鳍等。例如现在研究火热的仿生机器鱼，鱼鳍的运动复杂，需要多个驱动装置协调配合才能实现。现有技术中的装置，要实现多自由度驱动，要么是通过多个单自由度的伺服舵机分别进行驱动，实现不同自由度的运动，要么是将多个伺服舵机通过变速机构相互配合使用，实现装置多自由度运动。无论是单独驱动还是联动，都存在一些问题，例如系统体积庞大、传力过程中力损耗严重、效率低的问题。

因此，亟需一种结构紧凑、反应迅速的驱动装置，来满足现有技术中对多自由度驱动装置的需求。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种二自由度驱动装置及包含该装置的设备，以解决现有技术中二自由度驱动装置体积大、灵活性低的缺陷。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种二自由度驱动装置，包括：驱动部；传动部；

摆动部，其包括基体、弹性件和摆杆，所述摆杆通过所述弹性件与所述基体相连，并且

在组装好且通电的情形下，所述弹性件允许所述摆杆在设定范围内摆动；

其中，所述驱动部通过传动部与所述摆动部连接，该连接能够实现所述摆动部的整体旋转。

优选的，在上述方案的基础上，所述基体包括电磁组件、支架，所述电磁组件包括第一电磁件和第二电磁件，所述第一电磁件为线圈或者永磁铁，所述第二电磁件相应地为永磁铁或者线圈；

其中，所述第一电磁件固定在所述摆杆上，所述摆杆穿设在所述弹性件上，所述第二电磁件为两个，且两个所述第二电磁件设置在所述第一电磁件的两端，所述弹性件和两个所述第二电磁件分别设置在所述支架上。

优选的，在上述方案的基础上，所述传动部为齿轮副，所述齿轮副包括相互啮合的第一齿轮和第二齿轮，所述第二齿轮与所述基体相连接，所述驱动部通过所述第一齿轮和所述第二齿轮的啮合驱动所述摆动部旋转。

优选的，在上述方案的基础上，所述摆杆包括杆部和弧部，所述杆部穿设在所述弹性件中，所述弧部包覆部分的第一电磁件，所述杆部与所述弧部固接。

优选的，在上述方案的基础上，所述支架为带端盖的圆筒，所述圆筒的底部与所述第二齿轮固接，所述端盖盖在所述圆筒上，所述端盖中心设有通孔，所述弹性件设置在所述通孔处，所述摆杆的弧部设在所述圆筒内。

优选的，在上述方案的基础上，所述杆部与所述弹性件粘接。

优选的，在上述方案的基础上，所述驱动部为伺服舵机。

优选的，在上述方案的基础上，所述摆动部为两个，两个所述摆动部对称连接在所述传动部上。

本发明还提供一种设备，该设备配置有如上所述的二自由度驱动装置。

优选的，在上述方案的基础上，所述设备为机器鱼，所述驱动装置用于驱动所述机器鱼的胸鳍。

(三)有益效果

本发明的技术方案，通过巧妙的将电磁舵机和伺服舵机通过传动机构联接起来，在电磁舵机驱动摆动部实现摆动运动的同时，同时实现了摆动和转动两个自由度的运动。本发明提供的二自由度驱动装置，结构紧凑，体积小，反应迅速，力损耗小，效率高，使得应用该驱动装置的设备实现了小型化，同时，该装置造价低廉，加工方便，应用广泛，可应用在多种领域，如各类玩具的旋翼、航模、潜艇模型等产品中。

附图说明

图1为本发明提供的二自由度驱动装置结构剖视图；

图2为本发明提供的二自由度驱动装置的俯视图；

图3为本发明提供的二自由度驱动装置的侧视图；

其中，1-摆动部；2-第二齿轮；3-第一齿轮；4-伺服舵机；101-圆筒；102-永磁铁；103-弹性件；104-端盖；105-摆杆。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1为本发明提供的二自由度驱动装置结构剖视图；图2为本发明提供的二自由度驱动装置的俯视图；图3为本发明提供的二自由度驱动装置的侧视图。

实施例1

如图1-图3所示，本发明实施例提供一种二自由度驱动装置，包括：

驱动部。驱动部采用微型电机，用于为摆动部1输出驱动力，以驱动摆动部旋转。优选的，驱动部采用伺服舵机4，伺服舵机4为数字伺服舵机，每一个伺服舵机都能通过输入的数字信号实现转角控制。本实施例中的数字伺服舵机能够输出一个0.12sec/60°～0.16sec/60°范围的角速度。

摆动部1，其包括基体、弹性件103和摆杆105，摆杆通过弹性件与基体相连，并且，在组装好且通电的情形下，弹性件103允许摆杆105在设定范围内摆动。

具体地，本实施例中基体包括电磁组件、支架。电磁组件包括第一电磁件和第二电磁件，第一电磁件为线圈或者永磁铁102，第二电磁件相应地为永磁铁102或者线圈。本实施例中，第一电磁件采用线圈，第二电磁件采用永磁铁102。

其中，第一电磁件固定在摆杆105上，摆杆105穿设在弹性件103上。第二电磁件为两个，即永磁铁102为两个，两个永磁铁102设置在线圈的两端，线圈被夹设在两个永磁铁102中间，线圈采用细铜线制成，细铜线绕一个柱体缠绕成一簇后制成线圈。弹性件103和两个永磁铁102分别设置在支架上，支架起支撑摆杆105和永磁铁102的作用。例如支架可以为框架结构，两侧固定永磁铁102，顶部固定弹性件103。弹性件103具备很好的弹性恢复力，通电后，线圈受到电流磁效应的影响，与永磁铁102间产生相互作用力，通过控制电流的大小、通断，结合弹性件103的弹性恢复力，使得摆杆105能以弹性件为摆动中心，以摆杆长度为摆动半径，在两个永磁铁102之间来回摆动，若需要也可实现将摆杆固定在特定位置处，如此，即可实现摆杆的摆动运动。

传动部，用于将驱动部输出的转矩传递至摆动部1。

具体地，传动部为齿轮副，齿轮副包括相互啮合的第一齿轮3和第二齿轮2，第二齿轮2与上述基体相连接，本实施例中，即与支架相连接。

驱动部通过传动部与摆动部1连接，该连接能够实现摆动部1的整体旋转。

具体地，驱动部与第一齿轮3固定连接，摆动部1的支架与第二齿轮2固定连接，这样驱动部通过第一齿轮3和第二齿轮2的啮合驱动摆动部1旋转。

摆动部1旋转即支架旋转，支架与弹性件103相固定，弹性件103与摆杆105相固定，这样在支架旋转时即可带动摆杆105旋转，进而实现了摆杆105的旋转和摆动两种运动，实现了该装置的二自由度运动。

本发明的技术方案，通过巧妙的将电磁舵机和伺服舵机通过传动机构联接起来，在电磁舵机驱动摆动部实现摆动运动的同时，同时实现了摆动和转动两个自由度的运动。本发明提供的二自由度驱动装置，结构紧凑，体积小，反应迅速，力损耗小，效率高，使得应用该驱动装置的设备实现了小型化，同时，该装置造价低廉，加工方便，应用广泛，可应用在多种领域，如各类玩具的旋翼、航模、潜艇模型等产品中。

在上述实施例的基础上，摆杆105包括杆部和弧部，如图1中所示。杆部穿设在弹性件103中，弧部包覆部分的线圈，即线圈的外圈与弧部的内圈相固定，杆部与弧部固接。这样设置使得线圈的稳定性更高，不易脱落。

在上述实施例的基础上，支架可制成带端盖的圆筒结构，如图1中所示，圆筒101的底部与第二齿轮2固接，固接时可留出固定第二齿轮轴心的位置。端盖104盖在圆筒101上，端盖104与圆筒101卡接或粘接。端盖104中心设有通孔，弹性件103设置在通孔处，摆杆105的弧部设在圆筒101内。本实施例中弹性件103为具有良好密封性能的弹性皮圈，包覆在通孔上。通过将支架设置为圆筒101结构，并且设置端盖104，能实现圆筒101内环境的密封，进而使该装置能应用在水下设备中。优选的，杆部与弹性件103粘接。这样既能保证摆杆不会脱离，又可实现摆动部的密封。

在上述实施例的基础上，摆动部1为两个，两个摆动部1对称连接在传动部上。如图1中所示，两个摆动部1对称固接在第二齿轮2两端，这样两个摆动部可实现同步旋转，进而增加该装置的应用领域，例如可应用在机器鱼的胸鳍部位。

本发明还提供一种设备，该设备配置有如上所述的二自由度驱动装置。例如可将该二自由度驱动装置应用在潜艇模型、飞机模型、机器鱼、机器人关节等位置处，实现定角度、定向偏转。

优选的，在上述方案的基础上，该装置应用在微型机器鱼中，驱动装置用于驱动机器鱼的胸鳍。

如图1中所示，摆杆105的杆部伸出弹性件103的部位可连接机器鱼的胸鳍。

需要说明的是，本发明的附图1中并未示出线圈和另一个永磁体。因线圈会产生一定的阻挡，不利于理解，并不表示本实施例中无线圈。

实施例2

本实施例与实施例1基本相同，为了描述的简要，在本实施例的描述过程中，不再描述与实施例1相同的技术特征，仅说明本实施例与实施例1不同之处：

本实施例中，与实施例1中所不同的是，实施例1中的永磁铁的位置被线圈取代，线圈的位置被永磁铁取代，即永磁铁固定在摆杆上，永磁铁夹设在两个线圈中间，线圈固定在支架上，通过给线圈通电信号，同样能使得摆杆在两个线圈之间摆动。

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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种二自由度驱动装置，其特征在于，包括：

驱动部；

摆动部，其包括基体、弹性件和摆杆，所述摆杆通过所述弹性件与所述基体相连，并且

在组装好且通电的情形下，所述弹性件允许所述摆杆在设定范围内摆动；

传动部；

其中，所述驱动部通过传动部与所述摆动部连接，该连接能够实现所述摆动部的整体旋转。

2.根据权利要求1所述的二自由度驱动装置，其特征在于，所述基体包括电磁组件、支架，所述电磁组件包括第一电磁件和第二电磁件，所述第一电磁件为线圈或者永磁铁，所述第二电磁件相应地为永磁铁或者线圈；

其中，所述第一电磁件固定在所述摆杆上，所述摆杆穿设在所述弹性件上，所述第二电磁件为两个，且两个所述第二电磁件设置在所述第一电磁件的两端，所述弹性件和两个所述第二电磁件分别设置在所述支架上。

3.根据权利要求2所述的二自由度驱动装置，其特征在于，所述传动部为齿轮副，所述齿轮副包括相互啮合的第一齿轮和第二齿轮，所述第二齿轮与所述基体相连接，所述驱动部通过所述第一齿轮和所述第二齿轮的啮合驱动所述摆动部旋转。

4.根据权利要求3所述的二自由度驱动装置，其特征在于，所述摆杆包括杆部和弧部，所述杆部穿设在所述弹性件中，所述弧部包覆部分的第一电磁件，所述杆部与所述弧部固接。

5.根据权利要求4所述的二自由度驱动装置，其特征在于，所述支架为带端盖的圆筒，所述圆筒的底部与所述第二齿轮固接，所述端盖盖在所述圆筒上，所述端盖中心设有通孔，所述弹性件设置在所述通孔处，所述摆杆的弧部设在所述圆筒内。

6.根据权利要求4所述的二自由度驱动装置，其特征在于，所述杆部与所述弹性件粘接。

7.根据权利要求1所述的二自由度驱动装置，其特征在于，所述驱动部为伺服舵机。

8.根据权利要求1-7任一项所述的二自由度驱动装置，其特征在于，所述摆动部为两个，两个所述摆动部对称连接在所述传动部上。

9.一种设备，其特征在于，该设备配置有如权利要求1-8中任一项所述的二自由度驱动装置。

10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述设备为机器鱼，所述驱动装置用于驱动所述机器鱼的胸鳍。