专利名称：大行程精确位移驱动控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及的是一种电机技术领域的位姿调整装置，具体是一种大行程 精确位移驱动控制装置。
背景技术：
磁致伸縮式伸縮机构的大位移驱动的实现是通过尺蠖运动的方式，通过多次 磁致伸縮激励，将每一次激励所产生的微米级磁致伸缩位移累积至大位移；现有 技术实现大位移是由磁致伸縮式伸缩机构和压电式伸縮机构连接为一体共同作 用。由此存在设计环节多、整体结构复杂、控制繁琐、机构效率低以及还需要特 殊的机敏材料(如压电、磁致伸縮材料)的支持等缺陷。近些年来产生了如巨磁致 伸縮材料、压电陶瓷以及磁致伸縮形状记忆合金等新型的可用于精密驱动器、传 感器和直线电机研制的机敏材料，这些材料具有能量密度大，输出功率高，伸缩 形变精确等优点，但是基于机敏材料的驱动普遍存在伸縮位移小，驱动激励过程 复杂，驱动电压或电流要求高等缺陷；并且往往需要增加偏置磁场或电场等额外 环节来提髙驱动效果。特别是设计的机构需要完成大行程伸縮或移动时，往往需 要增加较复杂的位移放大机构或采用多步移动累积，如尺蠖运动累积的方法来实 现。这样所设计的机构一般较复杂，驱动控制环节也较多。因此，机敏材料的伸 縮不适合于研制要求产生大伸縮形变或大行程位移的机构。
经对现有技术的检索发现，中国专利申请号为"200710047397. X"的发明专 利，提供了一种永磁伸縮机构，其自述为"包括中心永磁体、上限位体、下限 位体、磁激励装置、上弹簧、下弹簧、壳体、上端盖、下端盖、上位移输出杆、 下位移输出杆，中心永磁体位于上限位体和下限位体之间，中心永磁体、上限位 体、下限位体置于壳体内部，并处于磁激励装置产生的磁场中，上限位体与上位 移输出杆相连，下限位体与下位移输出杆相连，上弹簧套在上位移输出杆上，下 弹簧套在下位移输出杆上，壳体两端设有上端盖和下端盖，上弹簧置于上限位体 和上端盖之间，下弹簧置于下限位体和下端盖之间。"该机构所产生的伸縮位移的大小可控，伸縮位移精度高。但是尚未应用于大位移驱动控制的位姿调整。
实用新型内容
本实用新型针对现有技术的不足，提出了一种大行程精确位移驱动控制装置。 使得本实用新型适用于大位移驱动控制，将巨磁致伸縮材料驱动器电磁机械耦合 直接驱动产生位移，其驱动位移大小可控，驱动过程容易控制，能够应用于大行 程驱动方面。
本实用新型是通过如下技术方案实现的，本实用新型包括位移放大机构、 输入位移驱动器、输出位移驱动器、导向和支撑框架，所述的输入位移驱动器、 输出位移驱动器均为磁致伸縮机构，其中输入位移驱动器由一个或一个以上驱 动器串接并固连组成，其一端与导向和支撑框架相固连，另一端与位移放大机构 前端(位移输入端)固连；位移放大机构的后端(位移输出端)与输出位移驱动 器的一端固连，该输出位移驱动器的另一端通过导向和支撑框架后与被驱动物体 固连。
所述输入位移驱动器为一种电磁激励巨磁致伸縮机构。 所述输出位移驱动器为一种电磁、永磁复合激励巨磁致伸縮机构。 所述放大机构为一种液压或气压位移传递放大机构。
本实用新型采用一个位移放大机构以及在位移放大机构前端(位移输入端) 和后端(位移输出端)分别串接磁致伸縮位移驱动器，通过控制位移放大机构前、 后端驱动器伸縮位移以及放大机构对位移的放大实现较大行程的精确位移驱动， 以实现被驱动物体的位姿精确调整。
与现有技术相比，本实用新型利用了巨磁致伸縮材料驱动器电磁机械耦合直 接驱动产生位移的特性，具有粗精位移耦合驱动的特点；输入位移驱动器可以是 一个以上的驱动器串接而成，方便实现更大的位移；输出位移驱动器是一个永磁 偏置伸縮驱动器，容易实现线性磁致伸縮，从而能够实现超高精度的位移；位移 控制环节均为电控制，控制灵敏，方便实现大位移和精确位移复合驱动控制。
图1是本实用新型的结构组成示意图2是本实用新型输入位移驱动器示意图3是本实用新型单位移形式输入位移驱动器示意图；图4是本实用新型放大机构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的实施例作详细说明本实施例在以本实用新型 技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实 用新型的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例包括输入位移驱动器l、位移放大机构2、输出位移 驱动器3、支撑框架4、支撑导向机构5。所述的输入位移驱动器l、输出位移驱 动器3均为磁致伸缩位移驱动器。输入位移驱动器1一个或一个以上位移输入驱 动器l串接而成，其一端与支撑框架4相固连，另一端与位移放大机构2的位移 输入端固连，位移放大机构2的位移输出端与输出位移驱动器3的一端固连，输 出位移驱动器3的另一端通k支撑导向机构5后与被驱动物体6固连。
如图2所示，本实施例中，所述输入位移驱动器1，包括中心巨磁致伸縮 体7、上输出杆部件8、下输出杆部件9、电磁线圈IO、上弹簧ll、下弹簧12、 外壳体13、上端盖14、下端盖15。其中，中心巨磁致伸縮体7置于电磁激励线 圈10中，中心巨磁致伸縮体7两端分别与上输出杆部件8和下输出杆部件9相连； 中心巨磁致伸縮体7、电磁线圈IO置于外壳体内部，并且上弹簧ll套在上输出 部件8上，下弹簧12套在下输出部件9上，外壳体13两端设有上端盖14和下端 盖15，上弹簧11置于上输出杆部件8和上端盖14之间，下弹簧12置于下输出 杆部件9和下端盖15之间。对于如图2所示输入驱动器1的结构形式，也可以 改为非上下对称输出位移的形式，即只让下位移输出杆9产生向下位移。具体而 言，其形式为如图3所示，上位移输出杆8变为一个刚性支撑台25，并去掉上弹 簧11，将支撑台25上端面直接与上端盖14内端面连接，将支撑台25下端面与 中心巨磁致伸縮体7上端面连接，这样当对输入驱动器l施加电磁激励时，由于 输入驱动器上端盖14与框架4固连不动，这样随中心巨磁致伸縮体7伸长，可以 只产生向下位移即对放大机构2产生输入位移。
如图1所示，所述输出位移驱动器3，其结构和组成部件均与输入位移驱动 器的结构和组成部件相同，不同之处在于，输出位移驱动器3外壳体是由永磁体 环23和铁磁体环24构成的复合外壳体16。
如图4所示，所述位移放大机构2，包括大口径腔室17 (由腔壁有弹性的波纹管材料体18制成)，小口径腔室19(由腔壁有弹性的波纹管材料体20制成)， 以及腔壁无弹性的连接腔室21组成；连接腔室21介于大口径腔室17和小口径腔 室19之间，并串接联通，腔室中充满液体或气体介质22，并且整个腔室严格密 封；在大、小腔室外部均有支撑导向机构5。
位移放大机构2的大口径腔室17的外端面固接输入位移驱动器1的一端；位 移放大机构2的小口径腔室19的外端面固接输出位移驱动器3 —端，并且，在位 移放大机构2的小口径腔室19与输出位移驱动器3固接处设有滑动支撑导向机构 5o
本实施例工作过程具体如下
如图1,当支撑框架4固定不动、整个装置完成对被驱动物体6向竖直上方 推动定位经过以下六个状态过程
(a) 对位移输入驱动器1中电磁线圈IO通入激励电流，产生电磁场激励中心 巨磁致伸縮体7伸长；由于位移输入驱动器1的上输出杆部件8与支撑框架4固 接而固定不动，中心巨磁致伸縮体7伸长位移则经位移输入驱动器1的下输出杆 部件9传递至与其相连的位移放大机构2的大口径腔室17的外端面；
(b) 位移放大机构2的大口径腔室17的外端面受迫，推动腔室中液体或气体 介质22经刚性的连接腔室21传递至小口径腔室19中；由于密封腔中液体或气体 介质22具有不可压縮性，加之所使用的波纹管18和20具有只在其轴向容易产生 变形的特点，大口径腔室17受迫被压縮的体积将被传导到小口径腔室19中，此 时小口径腔室19由于受到液压膨胀而表现为伸长，其伸长量b为大口径腔室17 縮短量a与大口径腔室17外端面面积S与小口径腔室19外端面面积s比值的乘 积，即b = a X S/s， S/s为位移放大机构2的放大倍数；
(c) 小口径腔室19外端推动与之固连的输出位移驱动器3整体向上移动， 进而推动与输出位移驱动器3另一端固连的被驱动物体6向上移动，至此可以实 现由输出位移驱动器1经放大机构2产生的对被驱动物体6的大位移定位驱动；
(d) 此时，对输出位移驱动器3中电磁线圈通入激励电流，产生电磁场激励 输出位移驱动器3中的中心巨磁致伸縮体伸长；由于位移输出驱动器3的下位移 输出杆部件与小口径腔室19外端固连而固定不动，输出位移驱动器3中的中心巨 磁致伸縮体伸长量将沿位移输出驱动器3的上位移输出杆部件传递至与输出位移驱动器3另一端固连的被驱动物体6上，从而进一步驱动被驱动物体6;并且由 于此时输出位移驱动器3产生的位移是其内部中心巨磁致伸縮体材料直接产生的
未经放大的高精度伸长位移，所以被驱动物体6可被精确驱动产生高精度位移；
(e)由于位移输入驱动器1和位移输出驱动器3的伸长量均可以通过控制输 入它们中的电磁线圈的电流大小而改变，所以被驱动物体6的位置可以首先通过 电流控制输入位移驱动器1伸长量来进行较大的位移驱动，而后通过电流控制输 出位移驱动器3伸长量来进行较小精确位移的驱动；并且由于输出位移驱动器3 的永磁偏置作用，位移驱动器3的驱动调整电流强度可以很小，但位移调整精度 可以达到很高。
权利要求1、一种大行程精确位移驱动控制装置，其特征在于包括位移放大机构、输入位移驱动器、输出位移驱动器、导向和支撑框架，所述的输入位移驱动器、输出位移驱动器均为磁致伸缩机构，其中输入位移驱动器一端与导向和支撑框架相固连，另一端与位移放大机构位移输入端固连，位移放大机构的位移输出端与输出位移驱动器的一端固连，该输出位移驱动器的另一端通过导向和支撑框架后与被驱动物体固连。
2、 根据权利要求1所述的大行程精确位移驱动控制装置，其特征是，所述输入位移驱动器由一个或一个以上驱动器串接并固连组成。
3、 根据权利要求1或2所述的大行程精确位移驱动控制装置，其特征是，所述输入位移驱动器为一种电磁激励巨磁致伸縮机构。
4、 根据权利要求l所述的大行程精确位移驱动控制装置，其特征是，所述输出位移驱动器为一种电磁、永磁复合激励巨磁致伸縮机构。
5、 根据权利要求1所述的大行程精确位移驱动控制装置，其特征是，所述放大机构为一种液压或气压位移传递放大机构。
专利摘要一种电机技术领域的大行程精确位移驱动控制装置，包括位移放大机构、输入位移驱动器、输出位移驱动器、导向和支撑框架，所述的输入位移驱动器、输出位移驱动器均为磁致伸缩机构，其中输入位移驱动器一端与导向和支撑框架相固连，另一端与位移放大机构位移输入端固连，位移放大机构的位移输出端与输出位移驱动器的一端固连，该输出位移驱动器的另一端通过导向和支撑框架后与被驱动物体固连。本实用新型运动负载能力大，驱动位移大小可控，驱动位移精度高，驱动过程过程容易控制，适用于超精密大位移驱动控制领域。
文档编号H02N2/02GK201365184SQ20092006812
公开日2009年12月16日 申请日期2009年2月26日 优先权日2009年2月26日
发明者光 孟, 李国平, 杨德华, 杨斌堂 申请人:上海交通大学