CN110311587A - 步进式超磁致精密旋转驱动装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了步进式超磁致精密旋转驱动装置，包括转子、定子、钳紧机构、驱动机构、预紧机构和超磁致多脉冲信号控制器；所述定子中部设有转子，钳紧机构位于转子与定子之间，定子内侧开设有安装槽，钳紧机构安装在安装槽内；所述定子分为上下两层，定子包括上定子层、下定子层和底座，上定子层和下定子层分别由三个均布的柔性铰链与底座相连，底座固定在安装台面上；本发明的上层驱动机构与下层驱动机构交替工作，相同条件下输出速度提高一倍；上定子层和下定子层相对于底座转动时，柔性铰链产生形变，且只产生一个方向变形，上定子层和下定子层转动平稳，系统输出转动平稳。
Description
技术领域
本发明涉及一种驱动装置，具体是步进式超磁致精密旋转驱动装置。
背景技术
伴随着科学技术的迅猛发展，对产品加工精度的要求越来越高，尤其是在精密超精密微细加工与测量技术、微机电系统(MEMS)、纳米科技、半导体制造、现代医学与生物遗传工程、航空航天科技、军事技术等高尖端的科学技术领域中显得格外重要。要想实现产品零件的精密超精密加工，就必须提供一种合适的高精度的驱动装置。传统的驱动装置，如普通电机、丝杠螺母、涡轮蜗杆等宏观大尺寸驱动装置己不能满足其精度要求。因此，研究性能更优越的新型高精度驱动装置迫在眉睫。
发明内容
本发明的目的在于提供步进式超磁致精密旋转驱动装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
步进式超磁致精密旋转驱动装置，包括转子、定子、钳紧机构、驱动机构、预紧机构和超磁致多脉冲信号控制器组成；所述定子中部设有转子，钳紧机构位于转子与定子之间，定子内侧开设有安装槽，钳紧机构安装在安装槽内；所述定子分为上下两层，定子包括上定子层、下定子层和底座，上定子层和下定子层分别由三个均布的柔性铰链与底座相连，底座固定在安装台面上；上定子层和下定子层分别通过柔性铰链与底座连接，驱动柔性铰链位于定子的四周，上定子层和下定子层相对底座转动时，柔性铰链产生形变，且只产生一个方向变形，上定子层和下定子层转动平稳，系统输出转动平稳；所述驱动机构结构相同，上下布置，上定子层的驱动机构Ⅰ、驱动机构Ⅲ和驱动机构Ⅴ上电时，推动上定子层转动，通过上定子层的钳紧机构推动转子转动，同时下定子层的驱动机构掉电，下定子层在下驱动柔性铰链作用下回位；上定子层的驱动机构掉电时，上定子层在上驱动柔性铰链作用下回位；同时下定子层的驱动机构上电，推动下定子层转动，通过下定子层的钳紧机构推动转子转动，上下驱动机构交替驱动转子转动；所述预紧机构用于为GMM棒提供预紧力，预紧机构由楔形块A型、楔形块B型和调整螺栓组成，其中楔形块B型与GMM棒固定连接，通过转动调整螺栓，楔形块A型推动楔形块B型移动，从而提供预紧力。
进一步的，所述钳紧机构包括钳紧机构Ⅰ、钳紧机构Ⅱ、钳紧机构Ⅲ、钳紧机构Ⅳ、钳紧机构Ⅴ和钳紧机构Ⅵ，钳紧机构Ⅰ、钳紧机构Ⅲ和钳紧机构Ⅴ平均分布在转子的外围，钳紧机构Ⅰ、钳紧机构Ⅲ、钳紧机构Ⅴ均安装在上定子层的安装槽内部，钳紧机构Ⅱ、钳紧机构Ⅳ和钳紧机构Ⅵ平均分布在转子的外围，钳紧机构Ⅱ、钳紧机构Ⅳ和钳紧机构Ⅵ均安装在下定子层的安装槽内部，其中钳紧机构Ⅰ、钳紧机构Ⅲ和钳紧机构Ⅴ与钳紧机构Ⅱ、钳紧机构Ⅳ和钳紧机构Ⅵ分别上下一一对应设置。
进一步的，所述驱动机构包括驱动机构Ⅰ、驱动机构Ⅱ、驱动机构Ⅲ、驱动机构Ⅳ、驱动机构Ⅴ和驱动机构Ⅵ，驱动机构Ⅰ、驱动机构Ⅲ和驱动机构Ⅴ均匀分布在上定子层和底座之间，驱动机构Ⅱ、驱动机构Ⅳ和驱动机构Ⅵ均匀分布在下定子层和底座之间，驱动机构Ⅰ、驱动机构Ⅲ和驱动机构Ⅴ与驱动机构Ⅱ、驱动机构Ⅳ和驱动机构Ⅵ分别上下一一对应设置。
进一步的，所述预紧机构包括预紧机构Ⅰ、预紧机构Ⅱ、预紧机构Ⅲ、预紧机构Ⅳ、预紧机构Ⅴ、预紧机构Ⅵ、预紧机构Ⅶ、预紧机构Ⅷ、预紧机构Ⅸ、预紧机构Ⅹ、预紧机构Ⅺ和预紧机构Ⅻ，所述钳紧机构Ⅰ后端设有预紧机构Ⅰ，钳紧机构Ⅱ后端设有预紧机构Ⅱ，钳紧机构Ⅲ后端设有预紧机构Ⅴ，钳紧机构Ⅳ后端设有预紧机构Ⅵ，钳紧机构Ⅴ后端设有预紧机构Ⅸ，钳紧机构Ⅵ后端设有预紧机构Ⅹ；所述驱动机构Ⅰ后端设有预紧机构Ⅲ，驱动机构Ⅱ后端设有预紧机构Ⅳ，驱动机构Ⅲ后端设有预紧机构Ⅶ，驱动机构Ⅳ后端设有预紧机构Ⅷ，驱动机构Ⅴ后端设有预紧机构Ⅺ，驱动机构Ⅵ后端设有预紧机构Ⅻ。
进一步的，所述钳紧机构Ⅰ、钳紧机构Ⅱ、钳紧机构Ⅲ、钳紧机构Ⅳ、钳紧机构Ⅴ和钳紧机构Ⅵ的结构一致，其中钳紧机构Ⅰ包括钳紧块Ⅰ、线圈A型Ⅰ和GMM棒A型Ⅰ，GMM棒A型Ⅰ前端与钳紧块Ⅰ连接，GMM棒A型Ⅰ上套设有线圈A型Ⅰ，钳紧机构Ⅱ包括钳紧块Ⅱ、线圈A型Ⅱ和GMM棒A型Ⅱ，钳紧机构Ⅲ包括钳紧块Ⅲ、线圈A型Ⅲ和GMM棒A型Ⅲ，钳紧机构Ⅳ包括钳紧块Ⅳ、线圈A型Ⅳ和GMM棒A型Ⅳ，钳紧机构Ⅴ包括钳紧块Ⅴ、线圈A型Ⅴ和GMM棒A型Ⅴ，钳紧机构Ⅵ包括钳紧块Ⅵ、线圈A型Ⅵ和GMM棒A型Ⅵ；线圈上电时，三个GMM棒A型同时伸长，推动三个钳紧块钳紧转子，同时钳紧柔性铰链产生微小形变，线圈掉电时，GMM棒A型收缩，钳紧块在钳紧柔性铰链的弹力作用下回位松开转子；钳紧块与转子紧密配合，保证能够钳紧转子，三个钳紧块同时钳紧转子时，转子径向受力平衡，具有自定心能力；
进一步的，所述驱动机构Ⅰ、驱动机构Ⅱ、驱动机构Ⅲ、驱动机构Ⅳ、驱动机构Ⅴ和驱动机构Ⅵ的结构一致，驱动机构Ⅰ包括线圈B型Ⅰ和GMM棒B型Ⅰ，GMM棒B型Ⅰ上套设有线圈B型Ⅰ，驱动机构Ⅱ包括线圈B型Ⅱ和GMM棒B型Ⅱ，驱动机构Ⅲ包括线圈B型Ⅲ和GMM棒B型Ⅲ，驱动机构Ⅳ包括线圈B型Ⅳ和GMM棒B型Ⅳ，驱动机构Ⅴ包括线圈B型Ⅴ和GMM棒B型Ⅴ，驱动机构Ⅵ包括线圈B型Ⅵ和GMM棒B型Ⅵ；
进一步的，所述预紧机构Ⅰ、预紧机构Ⅱ、预紧机构Ⅲ、预紧机构Ⅳ、预紧机构Ⅴ、预紧机构Ⅵ、预紧机构Ⅶ、预紧机构Ⅷ、预紧机构Ⅸ、预紧机构Ⅹ、预紧机构Ⅺ和预紧机构Ⅻ的结构一致，其中预紧机构Ⅰ包括楔形块A型Ⅰ、楔形块B型Ⅰ和调整螺栓Ⅰ，预紧机构Ⅱ包括包括楔形块A型Ⅱ、楔形块B型Ⅱ和调整螺栓Ⅱ，预紧机构Ⅲ包括楔形块A型Ⅲ、楔形块B型Ⅲ和调整螺栓Ⅲ，预紧机构Ⅳ包括包括楔形块A型Ⅳ、楔形块B型Ⅳ和调整螺栓Ⅳ，预紧机构Ⅴ包括包括楔形块A型Ⅴ、楔形块B型Ⅴ和调整螺栓Ⅴ，预紧机构Ⅵ包括包括楔形块A型Ⅵ、楔形块B型Ⅵ和调整螺栓Ⅵ，预紧机构Ⅶ包括包括楔形块A型Ⅶ、楔形块B型Ⅶ和调整螺栓Ⅶ，预紧机构Ⅷ包括包括楔形块A型Ⅷ、楔形块B型Ⅷ和调整螺栓Ⅷ，预紧机构Ⅸ包括包括楔形块A型Ⅸ、楔形块B型Ⅸ和调整螺栓Ⅸ，预紧机构Ⅹ包括包括楔形块A型Ⅹ、楔形块B型Ⅹ和调整螺栓Ⅹ，预紧机构Ⅺ包括包括楔形块A型Ⅺ、楔形块B型Ⅺ和调整螺栓Ⅺ，预紧机构Ⅻ包括包括楔形块A型Ⅻ、楔形块B型Ⅻ和调整螺栓Ⅻ。
进一步的，所述超磁致多脉冲信号控制器由四个脉冲产生模块、控制模块、人机交互模块组成，其中四个脉冲产生模块组成相同，用于产生驱动线圈的脉冲，控制模块用于控制四个脉冲模块按特定时序发出脉冲信号，人机交互模块用于显示4路脉冲信号波形和设置周期、占空比以及高电平延迟；所述超磁致多脉冲信号控制器可产生用于驱动超磁致旋转驱动装置的多脉冲信号，可产生4路正方波信号，可调整4路信号的脉冲频率、输出占空比和高电平延迟，能够满足不同类型超磁致旋转驱动装置的需求。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.上驱动机构与下驱动机构交替工作，相同条件下输出速度提高一倍；
2.上定子层和下定子层分别通过驱动柔性铰链与底座连接，驱动柔性铰链位于定子的四周，上定子层和下定子层相对底座转动时，柔性铰链产生形变，且只产生一个方向变形，上定子层和下定子层转动平稳，系统输出转动平稳；
3.超磁致伸缩棒的作用点位于作用点的最大力臂处，能最大程度的发挥输出转矩，提高系统的负载能力；
4.驱动机构中的第二超磁致伸缩棒的预紧采用楔形预紧机构，通过调整螺栓调整预紧力大小，调整螺栓转动一周，旋紧或旋出0.5mm，楔形块B型移动0.025mm，能够提供较大的预紧力；
5.智能材料选择超磁致伸缩材料，所需电压低（4.5V），输出力大，居里温度高，更适应环境；
6.超磁致多脉冲信号控制器可产生用于驱动超磁致旋转驱动装置的多脉冲信号，可产生4路正方波信号，可调整4路信号的脉冲频率、输出占空比和高电平延迟，能够满足不同类型超磁致旋转驱动装置的需求，具有体积小、操作灵活、输出功率大、波形不失真的特点。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是本发明的俯视示意图。
图3是本发明的仰视示意图。
图4是本发明的右视示意图。
图5是本发明中定子的结构示意图。
图6是本发明中超磁致多脉冲信号控制器的系统主界面。
图7是本发明中超磁致多脉冲信号控制器的脉冲周期设置界面。
图8是本发明中超磁致多脉冲信号控制器的输出占空比设置界面。
图9是本发明中超磁致多脉冲信号控制器的高电平延迟设置界面。
图10是本发明的工作原理图。
图11是本发明的驱动装置输入信号图。
图12是本发明的电路原理图。
其中：1.转子；2.定子；3.调整螺栓Ⅰ；4.调整螺栓Ⅱ；5.楔形块B型Ⅰ；6.楔形块A型Ⅰ；7.线圈A型Ⅰ；8.GMM棒A型Ⅰ；9.楔形块A型Ⅱ；10.GMM棒A型Ⅱ；11.GMM棒B型Ⅰ；12.线圈B型Ⅰ；13.线圈B型Ⅱ；14.调整螺栓Ⅲ；15.调整螺栓Ⅳ；16.楔形块A型Ⅲ；17.楔形块B型Ⅲ；18.楔形块B型Ⅳ；19.调整螺栓Ⅵ；20.调整螺栓Ⅴ；21.楔形块A型Ⅴ；22.GMM棒A型Ⅲ；23.楔形块B型Ⅵ；24.楔形块B型Ⅴ；25.线圈A型Ⅲ；26.线圈B型Ⅳ；27.线圈B型Ⅲ；28.GMM棒B型Ⅲ；29.调整螺栓Ⅷ；30.调整螺栓Ⅶ；31.楔形块B型Ⅷ；32.楔形块A型Ⅶ；33.楔形块B型Ⅶ；34.调整螺栓Ⅹ；35.调整螺栓Ⅸ；36.楔形块A型Ⅸ；37.GMM棒A型Ⅴ；38.线圈A型Ⅴ；39.楔形块B型Ⅸ；40.GMM棒B型Ⅵ；41.GMM棒B型Ⅴ；42.线圈B型Ⅴ；43.线圈B型Ⅵ；44.楔形块B型Ⅺ；45.楔形块A型Ⅺ；46.调整螺栓Ⅻ；47.调整螺栓Ⅺ；48.楔形块A型Ⅻ；49.楔形块B型Ⅱ；50.线圈A型Ⅱ；51.GMM棒B型Ⅱ；52.楔形块A型Ⅳ；53.楔形块A型Ⅵ；54.GMM棒A型Ⅳ；55.线圈A型Ⅳ；56.GMM棒B型Ⅳ；57.楔形块A型Ⅷ；58.楔形块A型Ⅹ；59.GMM棒A型Ⅵ；60.线圈A型Ⅵ；61.楔形块B型Ⅹ；62.楔形块B型Ⅻ。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
请参阅图1-12，步进式超磁致精密旋转驱动装置，包括转子1、定子2、钳紧机构、驱动机构、预紧机构和超磁致多脉冲信号控制器组成；所述定子2中部设有转子1，钳紧机构位于转子1与定子2之间，定子2内侧开设有安装槽，钳紧机构安装在安装槽内；
所述定子2分为上下两层，定子包括上定子层、下定子层和底座，上定子层和下定子层分别由三个均布的柔性铰链与底座相连，底座固定在安装台面上；上定子层和下定子层分别通过柔性铰链与底座连接，驱动柔性铰链位于定子的四周，上定子层和下定子层相对底座转动时，柔性铰链产生形变，且只产生一个方向变形，上定子层和下定子层转动平稳，系统输出转动平稳；
所述钳紧机构包括钳紧机构Ⅰ、钳紧机构Ⅱ、钳紧机构Ⅲ、钳紧机构Ⅳ、钳紧机构Ⅴ和钳紧机构Ⅵ，钳紧机构Ⅰ、钳紧机构Ⅲ和钳紧机构Ⅴ平均分布在转子1的外围，钳紧机构Ⅰ、钳紧机构Ⅲ、钳紧机构Ⅴ均安装在上定子层的安装槽内部，钳紧机构Ⅱ、钳紧机构Ⅳ和钳紧机构Ⅵ平均分布在转子1的外围，钳紧机构Ⅱ、钳紧机构Ⅳ和钳紧机构Ⅵ均安装在下定子层的安装槽内部，其中钳紧机构Ⅰ、钳紧机构Ⅲ和钳紧机构Ⅴ与钳紧机构Ⅱ、钳紧机构Ⅳ和钳紧机构Ⅵ分别上下一一对应设置；
所述驱动机构包括驱动机构Ⅰ、驱动机构Ⅱ、驱动机构Ⅲ、驱动机构Ⅳ、驱动机构Ⅴ和驱动机构Ⅵ，驱动机构Ⅰ、驱动机构Ⅲ和驱动机构Ⅴ均匀分布在上定子层和底座之间，驱动机构Ⅱ、驱动机构Ⅳ和驱动机构Ⅵ均匀分布在下定子层和底座之间，驱动机构Ⅰ、驱动机构Ⅲ和驱动机构Ⅴ与驱动机构Ⅱ、驱动机构Ⅳ和驱动机构Ⅵ分别上下一一对应设置；
所述驱动机构结构相同，上下布置，上定子层的驱动机构Ⅰ、驱动机构Ⅲ和驱动机构Ⅴ上电时，推动上定子层转动，通过上定子层的钳紧机构推动转子转动，同时下定子层的驱动机构掉电，下定子层在下驱动柔性铰链作用下回位；上定子层的驱动机构掉电时，上定子层在上驱动柔性铰链作用下回位；同时下定子层的驱动机构上电，推动下定子层转动，通过下定子层的钳紧机构推动转子转动，上下驱动机构交替驱动转子转动，速度较单级形式提高一倍；
所述预紧机构包括预紧机构Ⅰ、预紧机构Ⅱ、预紧机构Ⅲ、预紧机构Ⅳ、预紧机构Ⅴ、预紧机构Ⅵ、预紧机构Ⅶ、预紧机构Ⅷ、预紧机构Ⅸ、预紧机构Ⅹ、预紧机构Ⅺ和预紧机构Ⅻ，
所述钳紧机构Ⅰ后端设有预紧机构Ⅰ，钳紧机构Ⅱ后端设有预紧机构Ⅱ，钳紧机构Ⅲ后端设有预紧机构Ⅴ，钳紧机构Ⅳ后端设有预紧机构Ⅵ，钳紧机构Ⅴ后端设有预紧机构Ⅸ，钳紧机构Ⅵ后端设有预紧机构Ⅹ；
所述驱动机构Ⅰ后端设有预紧机构Ⅲ，驱动机构Ⅱ后端设有预紧机构Ⅳ，驱动机构Ⅲ后端设有预紧机构Ⅶ，驱动机构Ⅳ后端设有预紧机构Ⅷ，驱动机构Ⅴ后端设有预紧机构Ⅺ，驱动机构Ⅵ后端设有预紧机构Ⅻ；
所述钳紧机构Ⅰ、钳紧机构Ⅱ、钳紧机构Ⅲ、钳紧机构Ⅳ、钳紧机构Ⅴ和钳紧机构Ⅵ的结构一致，其中钳紧机构Ⅰ包括钳紧块Ⅰ、线圈A型Ⅰ7和GMM棒A型Ⅰ8，GMM棒A型Ⅰ8前端与钳紧块Ⅰ连接，GMM棒A型Ⅰ8上套设有线圈A型Ⅰ7，钳紧机构Ⅱ包括钳紧块Ⅰ、线圈A型Ⅱ50和GMM棒A型Ⅱ10，钳紧机构Ⅲ包括钳紧块Ⅲ、线圈A型Ⅲ25和GMM棒A型Ⅲ22，钳紧机构Ⅳ包括钳紧块Ⅳ、线圈A型Ⅳ55和GMM棒A型Ⅳ54，钳紧机构Ⅴ包括钳紧块Ⅴ、线圈A型Ⅴ38和GMM棒A型Ⅴ37，钳紧机构Ⅵ包括钳紧块Ⅵ、线圈A型Ⅵ60和GMM棒A型Ⅵ59；线圈上电时，三个GMM棒A型同时伸长，推动三个钳紧块钳紧转子1，同时钳紧柔性铰链产生微小形变，线圈掉电时，GMM棒A型收缩，钳紧块在钳紧柔性铰链的弹力作用下回位松开转子1；钳紧块与转子紧密配合，保证能够钳紧转子，三个钳紧块同时钳紧转子时，转子径向受力平衡，具有自定心能力；
所述驱动机构Ⅰ、驱动机构Ⅱ、驱动机构Ⅲ、驱动机构Ⅳ、驱动机构Ⅴ和驱动机构Ⅵ的结构一致，驱动机构Ⅰ包括线圈B型Ⅰ12和GMM棒B型Ⅰ11，GMM棒B型Ⅰ11上套设有线圈B型Ⅰ12，驱动机构Ⅱ包括线圈B型Ⅱ13和GMM棒B型Ⅱ51，驱动机构Ⅲ包括线圈B型Ⅲ27和GMM棒B型Ⅲ28，驱动机构Ⅳ包括线圈B型Ⅳ26和GMM棒B型Ⅳ56，驱动机构Ⅴ包括线圈B型Ⅴ42和GMM棒B型Ⅴ41，驱动机构Ⅵ包括线圈B型Ⅵ43和GMM棒B型Ⅵ40；
所述预紧机构用于为GMM棒提供预紧力，预紧机构由楔形块A型、楔形块B型和调整螺栓组成，其中楔形块B型与GMM棒固定连接，通过转动调整螺栓，楔形块A型推动楔形块B型移动，从而提供预紧力；所述预紧机构Ⅰ、预紧机构Ⅱ、预紧机构Ⅲ、预紧机构Ⅳ、预紧机构Ⅴ、预紧机构Ⅵ、预紧机构Ⅶ、预紧机构Ⅷ、预紧机构Ⅸ、预紧机构Ⅹ、预紧机构Ⅺ和预紧机构Ⅻ的结构一致，其中预紧机构Ⅰ包括楔形块A型Ⅰ6、楔形块B型Ⅰ5和调整螺栓Ⅰ3，预紧机构Ⅱ包括包括楔形块A型Ⅱ9、楔形块B型Ⅱ49和调整螺栓Ⅱ4，预紧机构Ⅲ包括楔形块A型Ⅲ16、楔形块B型Ⅲ17和调整螺栓Ⅲ14，预紧机构Ⅳ包括包括楔形块A型Ⅳ52、楔形块B型Ⅳ18和调整螺栓Ⅳ15，预紧机构Ⅴ包括包括楔形块A型Ⅴ21、楔形块B型Ⅴ24和调整螺栓Ⅴ20，预紧机构Ⅵ包括包括楔形块A型Ⅵ53、楔形块B型Ⅵ23和调整螺栓Ⅵ19，预紧机构Ⅶ包括包括楔形块A型Ⅶ32、楔形块B型Ⅶ33和调整螺栓Ⅶ30，预紧机构Ⅷ包括包括楔形块A型Ⅷ57、楔形块B型Ⅷ31和调整螺栓Ⅷ29，预紧机构Ⅸ包括包括楔形块A型Ⅸ36、楔形块B型Ⅸ39和调整螺栓Ⅸ35，预紧机构Ⅹ包括包括楔形块A型Ⅹ58、楔形块B型Ⅹ61和调整螺栓Ⅹ34，预紧机构Ⅺ包括包括楔形块A型Ⅺ45、楔形块B型Ⅺ44和调整螺栓Ⅺ47，预紧机构Ⅻ包括包括楔形块A型Ⅻ48、楔形块B型Ⅻ62和调整螺栓Ⅻ46；
所述超磁致多脉冲信号控制器由四个脉冲产生模块、控制模块、人机交互模块组成，其中四个脉冲产生模块组成相同，用于产生驱动线圈的脉冲，控制模块用于控制四个脉冲模块按特定时序发出脉冲信号，人机交互模块用于显示四路脉冲信号波形和设置周期、占空比以及高电平延迟；所述超磁致多脉冲信号控制器可产生用于驱动超磁致旋转驱动装置的多脉冲信号，可产生4路正方波信号，可调整4路信号的脉冲频率、输出占空比和高电平延迟，能够满足不同类型超磁致旋转驱动装置的需求。具有体积小、操作灵活、输出功率大、波形不失真的特点。
超磁致多脉冲信号控制器使用说明。
1.系统主界面，系统主界面如图6所示。
运行：按一下“运行”按钮，系统按照设置的参数输出四路方波信号。
停止：按一下“停止”按钮，系统停止输出信号。
T设置：按一下“T设置”按钮，进入脉冲频率设置界面。
D设置：按一下“D设置”按钮，进入输出占空比设置界面。
t设置：按一下“t设置”按钮，进入高电平延迟设置界面。
复位：按一下“复位”按钮，系统恢复默认设置。
2.脉冲周期，脉冲周期设置界面如图7所示。
可设置四个输出信号的周期，周期范围为1ms-999ms。
点击右侧的虚拟数字按键，“确认”键确认当前设置；“清除”键清除当前设置，“返回”键返回主界面。当前设置窗口显示当前的设置。左侧窗口显示4个输出线路的当前设置。
3.输出占空比，输出占空比设置界面如图8所示。
可设置四个输出信号的占空比，占空比设置范围为1%-99%。
点击右侧的虚拟数字按键，“确认”键确认当前设置；“清除”键清除当前设置，“返回”键返回主界面。当前设置窗口显示当前的设置。左侧窗口显示4个输出线路的当前设置。
4.高电平延迟设置，高电平延迟设置界面如图9所示。
可设置四个输出信号的高电平延迟设置，设置范围为1%-99%。
点击右侧的虚拟数字按键，“确认”键确认当前设置；“清除”键清除当前设置，“返回”键返回主界面。当前设置窗口显示当前的设置。左侧窗口显示4个输出线路的当前设置。
请参阅图10-11，本发明的工作原理。
上钳紧机构、下钳紧机构、上驱动机构和下驱动机构四者相互配合，可以实现转子1的步进式转动，工作原理如图10所示，四者的信号输入时序如图11所示，V1表示施加在上钳紧机构的电压，V2表示施加在下钳紧机构的电压，V3表示施加在上驱动机构的电压，V4表示施加在下驱动机构的电压。
第一步：t1时刻，上钳紧机构上电，上钳紧机构的三个超磁致伸缩棒同时伸长，三个钳紧块钳紧转子。
第二步：t2时刻，下钳紧机构掉电，下钳紧机构的三个超磁致伸缩棒同时收缩，松开转子。
第三步：t3时刻，上驱动机构上电，上驱动机构的三个超磁致伸缩棒同时伸长，推动定子上层转动微小角度∆θ，通过上钳紧机构推动转子转动微小角度∆θ，上驱动机构的柔性铰链产生微小形变，同时下驱动机构掉电，下驱动机构的三个超磁致伸缩棒同时收缩，定子下层在柔性铰链的弹性作用下回位。
第四步：t4时刻，下钳紧机构上电，下钳紧机构的三个超磁致伸缩棒同时伸长，钳紧转子。
第五步：t5时刻，上钳紧机构掉电，上钳紧机构的三个超磁致伸缩棒收缩，松开转子。
第六步：t6时刻，下驱动机构上电，下驱动机构的三个超磁致伸缩棒同时伸长，推动定子上层转动微小角度2∆θ，通过下钳紧机构推动转子转动微小角度2∆θ，下驱动机构的柔性铰链产生微小形变，同时上驱动机构掉电，上驱动机构的三个超磁致伸缩棒同时收缩，定子上层在柔性铰链的弹性作用下回位。
通过以上六个步骤，系统完成一个周期内的旋转运动，转子相对定子转动一微小角度2∆θ，转子步进一次，不断重复步骤1-6，可实现转子的步进式旋转运动。
上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (8)
1.步进式超磁致精密旋转驱动装置，包括转子、定子、钳紧机构、驱动机构、预紧机构和超磁致多脉冲信号控制器组成；其特征在于，所述定子中部设有转子，钳紧机构位于转子与定子之间，定子内侧开设有安装槽，钳紧机构安装在安装槽内；所述定子分为上下两层，定子包括上定子层、下定子层和底座，上定子层和下定子层分别由三个均布的柔性铰链与底座相连，底座固定在安装台面上；上定子层和下定子层分别通过柔性铰链与底座连接，驱动柔性铰链位于定子的四周，上定子层和下定子层相对底座转动时，柔性铰链产生形变，且只产生一个方向变形，上定子层和下定子层转动平稳，系统输出转动平稳；所述驱动机构结构相同，上下布置，上定子层的驱动机构Ⅰ、驱动机构Ⅲ和驱动机构Ⅴ上电时，推动上定子层转动，通过上定子层的钳紧机构推动转子转动，同时下定子层的驱动机构掉电，下定子层在下驱动柔性铰链作用下回位；上定子层的驱动机构掉电时，上定子层在上驱动柔性铰链作用下回位；同时下定子层的驱动机构上电，推动下定子层转动，通过下定子层的钳紧机构推动转子转动，上下驱动机构交替驱动转子转动；所述预紧机构用于为GMM棒提供预紧力，预紧机构由楔形块A型、楔形块B型和调整螺栓组成，其中楔形块B型与GMM棒固定连接，通过转动调整螺栓，楔形块A型推动楔形块B型移动，从而提供预紧力。
2.根据权利要求1所述的步进式超磁致精密旋转驱动装置，其特征在于，所述钳紧机构包括钳紧机构Ⅰ、钳紧机构Ⅱ、钳紧机构Ⅲ、钳紧机构Ⅳ、钳紧机构Ⅴ和钳紧机构Ⅵ，钳紧机构Ⅰ、钳紧机构Ⅲ和钳紧机构Ⅴ平均分布在转子的外围，钳紧机构Ⅰ、钳紧机构Ⅲ、钳紧机构Ⅴ均安装在上定子层的安装槽内部，钳紧机构Ⅱ、钳紧机构Ⅳ和钳紧机构Ⅵ平均分布在转子的外围，钳紧机构Ⅱ、钳紧机构Ⅳ和钳紧机构Ⅵ均安装在下定子层的安装槽内部，其中钳紧机构Ⅰ、钳紧机构Ⅲ和钳紧机构Ⅴ与钳紧机构Ⅱ、钳紧机构Ⅳ和钳紧机构Ⅵ分别上下一一对应设置。
3.根据权利要求1所述的步进式超磁致精密旋转驱动装置，其特征在于，所述驱动机构包括驱动机构Ⅰ、驱动机构Ⅱ、驱动机构Ⅲ、驱动机构Ⅳ、驱动机构Ⅴ和驱动机构Ⅵ，驱动机构Ⅰ、驱动机构Ⅲ和驱动机构Ⅴ均匀分布在上定子层和底座之间，驱动机构Ⅱ、驱动机构Ⅳ和驱动机构Ⅵ均匀分布在下定子层和底座之间，驱动机构Ⅰ、驱动机构Ⅲ和驱动机构Ⅴ与驱动机构Ⅱ、驱动机构Ⅳ和驱动机构Ⅵ分别上下一一对应设置。
4.根据权利要求1所述的步进式超磁致精密旋转驱动装置，其特征在于，所述预紧机构包括预紧机构Ⅰ、预紧机构Ⅱ、预紧机构Ⅲ、预紧机构Ⅳ、预紧机构Ⅴ、预紧机构Ⅵ、预紧机构Ⅶ、预紧机构Ⅷ、预紧机构Ⅸ、预紧机构Ⅹ、预紧机构Ⅺ和预紧机构Ⅻ，所述钳紧机构Ⅰ后端设有预紧机构Ⅰ，钳紧机构Ⅱ后端设有预紧机构Ⅱ，钳紧机构Ⅲ后端设有预紧机构Ⅴ，钳紧机构Ⅳ后端设有预紧机构Ⅵ，钳紧机构Ⅴ后端设有预紧机构Ⅸ，钳紧机构Ⅵ后端设有预紧机构Ⅹ；所述驱动机构Ⅰ后端设有预紧机构Ⅲ，驱动机构Ⅱ后端设有预紧机构Ⅳ，驱动机构Ⅲ后端设有预紧机构Ⅶ，驱动机构Ⅳ后端设有预紧机构Ⅷ，驱动机构Ⅴ后端设有预紧机构Ⅺ，驱动机构Ⅵ后端设有预紧机构Ⅻ。
5.根据权利要求2所述的步进式超磁致精密旋转驱动装置，其特征在于，所述钳紧机构Ⅰ、钳紧机构Ⅱ、钳紧机构Ⅲ、钳紧机构Ⅳ、钳紧机构Ⅴ和钳紧机构Ⅵ的结构一致，其中钳紧机构Ⅰ包括钳紧块Ⅰ、线圈A型Ⅰ和GMM棒A型Ⅰ，GMM棒A型Ⅰ前端与钳紧块Ⅰ连接，GMM棒A型Ⅰ上套设有线圈A型Ⅰ，钳紧机构Ⅱ包括钳紧块Ⅱ、线圈A型Ⅱ和GMM棒A型Ⅱ，钳紧机构Ⅲ包括钳紧块Ⅲ、线圈A型Ⅲ和GMM棒A型Ⅲ，钳紧机构Ⅳ包括钳紧块Ⅳ、线圈A型Ⅳ和GMM棒A型Ⅳ，钳紧机构Ⅴ包括钳紧块Ⅴ、线圈A型Ⅴ和GMM棒A型Ⅴ，钳紧机构Ⅵ包括钳紧块Ⅵ、线圈A型Ⅵ和GMM棒A型Ⅵ；线圈上电时，三个GMM棒A型同时伸长，推动三个钳紧块钳紧转子，同时钳紧柔性铰链产生微小形变，线圈掉电时，GMM棒A型收缩，钳紧块在钳紧柔性铰链的弹力作用下回位松开转子；钳紧块与转子紧密配合，保证能够钳紧转子，三个钳紧块同时钳紧转子时，转子径向受力平衡，具有自定心能力。
6.根据权利要求3所述的步进式超磁致精密旋转驱动装置，其特征在于，所述驱动机构Ⅰ、驱动机构Ⅱ、驱动机构Ⅲ、驱动机构Ⅳ、驱动机构Ⅴ和驱动机构Ⅵ的结构一致，驱动机构Ⅰ包括线圈B型Ⅰ和GMM棒B型Ⅰ，GMM棒B型Ⅰ上套设有线圈B型Ⅰ，驱动机构Ⅱ包括线圈B型Ⅱ和GMM棒B型Ⅱ，驱动机构Ⅲ包括线圈B型Ⅲ和GMM棒B型Ⅲ，驱动机构Ⅳ包括线圈B型Ⅳ和GMM棒B型Ⅳ，驱动机构Ⅴ包括线圈B型Ⅴ和GMM棒B型Ⅴ，驱动机构Ⅵ包括线圈B型Ⅵ和GMM棒B型Ⅵ。
7.根据权利要求4所述的步进式超磁致精密旋转驱动装置，其特征在于，所述预紧机构Ⅰ、预紧机构Ⅱ、预紧机构Ⅲ、预紧机构Ⅳ、预紧机构Ⅴ、预紧机构Ⅵ、预紧机构Ⅶ、预紧机构Ⅷ、预紧机构Ⅸ、预紧机构Ⅹ、预紧机构Ⅺ和预紧机构Ⅻ的结构一致，其中预紧机构Ⅰ包括楔形块A型Ⅰ、楔形块B型Ⅰ和调整螺栓Ⅰ，预紧机构Ⅱ包括包括楔形块A型Ⅱ、楔形块B型Ⅱ和调整螺栓Ⅱ，预紧机构Ⅲ包括楔形块A型Ⅲ、楔形块B型Ⅲ和调整螺栓Ⅲ，预紧机构Ⅳ包括包括楔形块A型Ⅳ、楔形块B型Ⅳ和调整螺栓Ⅳ，预紧机构Ⅴ包括包括楔形块A型Ⅴ、楔形块B型Ⅴ和调整螺栓Ⅴ，预紧机构Ⅵ包括包括楔形块A型Ⅵ、楔形块B型Ⅵ和调整螺栓Ⅵ，预紧机构Ⅶ包括包括楔形块A型Ⅶ、楔形块B型Ⅶ和调整螺栓Ⅶ，预紧机构Ⅷ包括包括楔形块A型Ⅷ、楔形块B型Ⅷ和调整螺栓Ⅷ，预紧机构Ⅸ包括包括楔形块A型Ⅸ、楔形块B型Ⅸ和调整螺栓Ⅸ，预紧机构Ⅹ包括包括楔形块A型Ⅹ、楔形块B型Ⅹ和调整螺栓Ⅹ，预紧机构Ⅺ包括包括楔形块A型Ⅺ、楔形块B型Ⅺ和调整螺栓Ⅺ，预紧机构Ⅻ包括包括楔形块A型Ⅻ、楔形块B型Ⅻ和调整螺栓Ⅻ。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的步进式超磁致精密旋转驱动装置，其特征在于，所述超磁致多脉冲信号控制器由四个脉冲产生模块、控制模块、人机交互模块组成，其中四个脉冲产生模块组成相同，用于产生驱动线圈的脉冲，控制模块用于控制四个脉冲模块按特定时序发出脉冲信号，人机交互模块用于显示4路脉冲信号波形和设置周期、占空比以及高电平延迟；所述超磁致多脉冲信号控制器可产生用于驱动超磁致旋转驱动装置的多脉冲信号，可产生4路正方波信号，可调整4路信号的脉冲频率、输出占空比和高电平延迟，能够满足不同类型超磁致旋转驱动装置的需求。
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