CN114094871B - 一种基于磁流变弹性体的尺蠖型驱动装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种基于磁流变弹性体的尺蠖型驱动装置，包括圆杆、驱动外壳、驱动体、钳位体，所述驱动外壳两侧内腔中分别设置有第一磁流变弹性体、第二磁流变弹性体，所述驱动体、钳位体均包括线圈安装座、励磁线圈、线圈铁芯，所述励磁线圈缠绕于所述线圈安装座中，所述驱动体的线圈铁芯呈U型结构，并与所述第一磁流变弹性体构成安装所述线圈安装座的空间，所述钳位体的线圈铁芯呈L形，并与一套设于所述圆杆的非导磁圈以及所述第二磁流变弹性体构成安装所述线圈安装座的空间。采用本发明，通过磁流体弹性体实现仿生尺蠖运动形式，性能稳定，不需要任何密封件，具有散热效果好、密封性强、装置响应迅速、稳定性好等优点。
Description
技术领域
本发明涉及粘弹性材料磁控微位移装置领域，尤其涉及一种基于磁流变弹性体的尺蠖型驱动装置。
背景技术
人类在对自然界生物的研究过程中观察发现了微小生物运动的机理，其形态各异的爬行方式让生物更好的适应周围的环境、更好的生存发挥了积极的作用，例如：无脊椎的尺蠖虫，身材细长，行进时身体一曲一伸像个拱桥。人们利用尺蠖虫这一特点研发了爬行式压电驱动器、推进式压电驱动器和爬行－推进式压电驱动器。实践证明，此类仿生驱动方式具有广阔的应用前景和实用价值，后来人们又将这些原理应用于微/纳米级精密驱动与定位技术中，现广泛应用于超精密加工、精密测量、精密光学、现代医疗、航空航天等领域。然而现有的仿生驱动装置存在散热差、密封性差、响应速度慢、装置稳定性不好、驱动效率低等不足。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种基于磁流变弹性体的尺蠖型驱动装置。可提供更为理想的散热效果、密封性能、高速的响应、高稳定性的驱动装置。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种基于磁流变弹性体的尺蠖型驱动装置，包括圆杆、穿设在所述圆杆上且两端具有安装内腔的驱动外壳、分别安装于所述内腔的驱动体、钳位体，所述驱动外壳两侧内腔中分别设置有第一磁流变弹性体、第二磁流变弹性体，所述驱动体、钳位体均包括线圈安装座、励磁线圈、线圈铁芯，所述励磁线圈缠绕于所述线圈安装座中，所述驱动体的线圈铁芯呈U型结构，并与所述第一磁流变弹性体构成安装所述线圈安装座的空间，所述钳位体的线圈铁芯呈L形，并与一套设于所述圆杆的非导磁圈以及所述第二磁流变弹性体构成安装所述线圈安装座的空间。
其中，所述第一磁流变弹性体、第二磁流变弹性体为环形结构且在磁场作用下与所述圆杆表面接触。
其中，所述第一磁流变弹性体、第二磁流变弹性体的外径至少等于所述线圈铁芯的外径。
其中，所述圆杆外周向具有从所述驱动体朝向所述钳位体的齿面。
其中，所述驱动外壳由一对半壳并合为一体组成，且中部通过箍环进行相互固定。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：本发明通过磁流体弹性体实现仿生尺蠖运动形式，性能稳定，不需要任何密封件，具有散热效果好、密封性强、装置响应迅速、稳定性好等优点。
附图说明
图1是本发明装置的整体结构示意图；
图2是本发明装置的整体结构的剖视结构示意图；
图3是本发明装置钳位机构不工作时的结构剖视图；
图4是构成驱动外壳的无孔外壳结构示意图；
图5是构成驱动外壳的带孔外壳结构示意图；
图6是本发明装置紧固机构结构示意图；
图7是本发明装置驱动机构从不工作到正常工作时磁流变弹性体的形变示意图；
图8是本发明装置工作原理示意图；
图9是驱动体部分正常工作时钳位部分磁场模拟图
图10是驱动体正常工作时钳位部分三维平面磁场示意图
图11是钳位体正常工作时钳位部分磁场模拟图
图12是本发明装置钳位部分正常工作时钳位部分三维平面磁场示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
如图1、图2所示，本发明实施例的一种基于磁流变弹性体的尺蠖型驱动装置，包括圆杆1、驱动外壳、驱动体、钳位体。
驱动外壳套设于圆杆1上，且两端内具有环形内腔，驱动体、钳位体分别安装于两端的内腔中。
驱动外壳两侧内腔中分别设置有第一磁流变弹性体12、第二磁流变弹性体2，第一磁流变弹性体12、第二磁流变弹性体2均呈环形结构，在本实施例中，第一磁流变弹性体12位于内腔的底侧，第二磁流变弹性体2位于另一端的内腔的外侧。
驱动体包括线圈安装座13、励磁线圈14、线圈铁芯15，励磁线圈14缠绕于线圈安装座13的线圈缠绕位置，线圈安装座13位于磁流变弹性12的左端面和线圈铁芯15形成的空腔，线圈铁芯15呈U型结构，朝向第一磁流变弹性体12构成安装线圈安装座13的空间，线圈铁芯15上设置有导线通孔157。
钳位体包括线圈安装座3、励磁线圈4、线圈铁芯5，线圈铁芯5呈L形，并与非导磁圈构成U形结构，其中，非导磁圈套设于圆杆上，使得在圆杆处的磁场不发生磁感线的改变，使得线圈安装座3位于其中，励磁线圈4缠绕于所述线圈安装座3，线圈铁芯5上设置有导线通孔57。
第一磁流变弹性体12、第二磁流变弹性体为环形结构且在磁场作用下与圆杆表面接触，第一磁流变弹性体、第二磁流变弹性体的外径至少等于所述线圈铁芯的外径。
如图4－图6所述，驱动外壳由一对半壳并合为一体组成，且中部通过箍环进行相互固定。一对半壳包括无孔外壳6，带孔外壳7，无孔外壳6和所述带孔外壳7围成一个圆柱体且被圆杆1从中心穿过。
带孔外壳7上设置有导线通孔77，外箍环10内端面与无孔外壳6和带孔外壳7的外壁面重合，外箍环螺栓8穿过由两个外箍环10形成的通孔，外箍环螺栓垫片9位于外箍环螺栓8和外箍环10通孔部分的上端面之间，外箍环螺母11被螺栓穿过紧贴于外箍环螺栓垫片9的另一外箍环10的上端面。
如图7所述，圆杆外周向具有从所述驱动体朝向所述钳位体的齿面。
如图8所示，在励磁线圈4和所述励磁线圈14均不提供磁场时，本发明整体保持静止；在所述励磁线圈4提供可控磁场，所述励磁线圈14不提供磁场时，所述磁流变弹性体2沿所述圆杆1发生径向变形，锁定整个装置；在所述励磁线圈4不提供磁场，所述励磁线圈14提供可控磁场时，所述钳位机构状态与初始状态相同，所述磁流变弹性体12沿所述圆杆1发生线性形变，为整个装置提供了与形变方向相反的驱动力，使得装置沿所述圆杆1发生位移。驱动部分正常工作时钳位部分磁场示意如图9、10所示
在所述励磁线圈4提供可控磁场，所述励磁线圈14不提供磁场时，所述驱动机构状态与初始状态相同，所述磁流变弹性体2沿所述圆杆1发生径向变形，锁定整个装置，钳位部分正常工作时钳位部分磁场示意如图11、12所示。在所有线圈均不提供磁场后，该驱动装置于初始状态相比沿所述圆杆1发生了一段距离的位移，该装置的内部状态与初始状态相同。
在具体实施例中，始状态该装置整体保持静止，所述励磁线圈4和所述励磁线圈14均不提供磁场；然后，所述励磁线圈4提供可控磁场，所述励磁线圈14不提供磁场，使钳位机构的所述磁流变弹性体2沿所述圆杆1发生径向形变，将装置卡紧在圆杆的当前位置；接着，所述励磁线圈4继续提供磁场，所述励磁线圈14也提供磁场，使装置继续锁定，驱动机构的磁流变弹性体12沿所述圆杆1发生线性形变，当驱动机构的磁流变弹性体12接触到所述圆杆1时，所述励磁线圈4不再提供磁场，装置不再是锁定状态，所述磁流变弹性体12继续产生形变，为装置提供前进的驱动力，驱使装置整体沿圆杆向前移动；位移结束后，所述励磁线圈4提供磁场，所述励磁线圈14撤去磁场，钳位机构再次锁定整个装置，驱动机构恢复到初始状态。不断重复上述操作，该装置可一直沿所述圆杆1向前移动。
在具体实施例中，所述励磁线圈4设置在所述线圈安装座3上，所述线圈安装座3可通过焊接或其他机械连接方式固定于所述线圈铁芯5上；所述励磁线圈14设置在所述线圈安装座13上，所述线圈安装座13可通过焊接或其他机械连接方式固定于所述线圈铁芯15上。
在一些实施方式中，所述励磁线圈4可通过其他非导磁材料固定于所述线圈安装座3上；所述励磁线圈14可通过其他非导磁材料固定于所述线圈安装座13上。
在具体实施例中，所述线圈铁芯5可通过焊接或其他机械连接方式固定于所述带孔外壳7上；所述线圈铁芯15可通过焊接或其他机械连接方式固定于所述带孔外壳7上。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (4)
1.一种基于磁流变弹性体的尺蠖型驱动装置，其特征在于，包括圆杆、穿设在所述圆杆上且两端具有内腔的驱动外壳、分别安装于所述内腔的驱动体、钳位体，所述驱动外壳两侧内腔中分别设置有第一磁流变弹性体、第二磁流变弹性体，所述驱动体、钳位体均包括线圈安装座、励磁线圈、线圈铁芯，所述励磁线圈缠绕于所述线圈安装座中，所述驱动体的线圈铁芯呈U型结构，并与所述第一磁流变弹性体构成安装所述线圈安装座的空间，所述钳位体的线圈铁芯呈L形，并与一套设于所述圆杆的非导磁圈以及所述第二磁流变弹性体构成安装所述线圈安装座的空间，所述第一磁流变弹性体、第二磁流变弹性体为环形结构且在磁场作用下与所述圆杆表面接触。
2.根据权利要求1所述的基于磁流变弹性体的尺蠖型驱动装置，其特征在于，所述第一磁流变弹性体、第二磁流变弹性体的外径至少等于所述线圈铁芯的外径。
3.根据权利要求2所述的基于磁流变弹性体的尺蠖型驱动装置，其特征在于，所述圆杆外周向具有从所述驱动体朝向所述钳位体的齿面。
4.根据权利要求1-3任一项所述的基于磁流变弹性体的尺蠖型驱动装置，其特征在于，所述驱动外壳由一对半壳并合为一体组成，且中部通过箍环进行相互固定。
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