基于SMA的驱动装置的制作方法

本实用新型涉及驱动器领域，尤其涉及一种基于SMA的驱动装置。

背景技术：

SMA(shapememoryalloys，形状记忆合金，简称SMA)是一种新型智能材料，以它独特的形状记记忆效应和超弹性效应，以及优良的理化性能和生物相容性，在工程、控制、医疗、能源与机械等领域应用日趋广泛。SMA的形状记忆机制是基于一种可逆的固态相变，即低温相马氏体和高温相奥氏体之间的转变，这种相变称作马氏体相变。常用的镍-钛形状记忆合金存在三种基本的晶体结构：马氏体、奥氏体、应力诱发马氏体。当合金为低温马氏体相时，合金较软，表现为具有很好的延展性和可拉伸性，当被加热到一定温度后，合金开始收缩并转变为奥氏体，表现为强度和刚度得到明显提高。正是由于这种材料具有形状记忆效应和较高的功重比，并且驱动简单、控制方便，已经作为驱动元件得到了广泛的应用。然而，SMA作为驱动器时，它的驱动长度有限，仅约为总金属长度的4％，因而无法实现连续驱动，尤其是在需要提供连续转矩的场合。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种基于SMA的驱动装置，能够实现连续驱动。

本实用新型的基于SMA的驱动装置，包括底板及设在底板上的安装座、转盘Ⅰ、转盘Ⅱ、SMA丝Ⅰ、SMA丝Ⅱ、转动轮Ⅰ和转动轮Ⅱ，所述转盘Ⅰ、转盘Ⅱ及转动轮Ⅰ由内至外依次相对设置且独立转动；所述SMA丝Ⅰ的一端固定于安装座、另一端固定于转盘Ⅰ，且所述SMA丝Ⅰ由正常状态转变为缩短状态时拉动转盘Ⅰ带动转动轮Ⅰ旋转；所述SMA丝Ⅱ的一端固定于安装座、另一端固定于转盘Ⅱ，且所述SMA丝Ⅱ由正常状态转变为缩短状态时拉动转盘Ⅱ带动转动轮Ⅰ旋转；所述转动轮Ⅰ的中部设有空腔，所述转动轮Ⅱ安装在空腔中并由转动轮Ⅰ通过传动组件驱动旋转。

作为对上述技术方案的进一步改进，所述SMA丝Ⅰ与SMA丝Ⅱ并列布置，使得转盘Ⅰ与转盘Ⅱ具有相同的旋转方向。

作为对上述技术方案的进一步改进，所述转动轮Ⅰ为棘轮结构，所述转盘Ⅰ上设有用于与转动轮Ⅰ配合并单向驱动转动轮Ⅰ的棘爪Ⅰ，所述转盘Ⅱ上设有用于与转动轮Ⅰ配合并单向驱动转动轮Ⅰ的棘爪Ⅱ。

作为对上述技术方案的进一步改进，所述转盘Ⅰ上朝向转盘Ⅱ的一端面垂直设有一定位杆Ⅰ，所述棘爪Ⅰ的一端连接于定位杆Ⅰ；所述所述转盘Ⅱ上朝向转动轮Ⅰ的一端面垂直设有一定位杆Ⅱ，所述棘爪Ⅱ的一端连接于定位杆Ⅱ。

作为对上述技术方案的进一步改进，所述转盘Ⅱ上设有弧形通槽，所述定位杆Ⅰ从弧形通槽穿过后与棘爪Ⅰ相连。

作为对上述技术方案的进一步改进，所述底板上设有复位弹簧Ⅰ及复位弹簧Ⅱ，所述SMA丝Ⅰ由缩短状态转变为正常状态时复位弹簧Ⅰ拉动转盘Ⅰ旋转并复位，所述SMA丝Ⅱ由缩短状态转变为正常状态时复位弹簧Ⅱ拉动转盘Ⅱ旋转并复位。

作为对上述技术方案的进一步改进，所述转盘Ⅱ设有保持弹簧Ⅰ及保持弹簧Ⅱ，所述保持弹簧Ⅰ与棘爪Ⅰ相连并保持棘爪Ⅰ与转动轮Ⅰ的接触；所述保持弹簧Ⅱ与棘爪Ⅱ相连并保持棘爪Ⅱ与转动轮Ⅰ的接触。

作为对上述技术方案的进一步改进，所述转动轮Ⅱ的外周均匀分布有“L”形的缺口，所述空腔呈圆形，且缺口与空腔的腔壁之间形成楔形空间；所述传动组件包括设在各楔形空间中的传动弹簧及传动滚珠，所述传动弹簧的一端抵在转动轮Ⅱ上、另一端抵在传动滚珠上，所述传动滚珠由传动弹簧压向楔形空间的狭窄区且通过摩擦传动的方式将转动轮Ⅰ的转矩传至转动轮Ⅱ。

作为对上述技术方案的进一步改进，所述转动轮Ⅱ的中部垂直连接有一与其同步转动的动力输出轴，所述动力输出轴上设有对称的用于采集其扭矩值的应变片，所述动力输出轴的末端设有用于提高冲击动力的“T”形冲击块。

作为对上述技术方案的进一步改进，所述SMA丝Ⅰ及SMA丝Ⅱ均为复合结构，该复合结构包括丝体及套在丝体外的套管，所述套管采用柔性绝缘材料制成，且所述丝体与套管之间填充有硅胶。

通过上述公开内容，本实用新型具有以下有益技术效果：

本实用新型的基于SMA的驱动装置，转盘Ⅰ及转盘Ⅱ可独立旋转互不干扰，转动轮Ⅰ与转动轮Ⅱ均为转矩输出部件，可在转盘Ⅰ或者转盘Ⅱ的驱动下旋转并输出转矩，当加热SMA丝Ⅰ而使其由正常状态转变为缩短状态时，SMA丝Ⅰ拉动转盘Ⅰ旋转一定角度并带动转动轮Ⅰ旋转，此时再继续加热SMA丝Ⅱ，SMA丝Ⅱ由正常状态转变为缩短状态而拉动转盘Ⅱ旋转一定角度并带动转动轮Ⅰ旋转，反复交替使得转动轮Ⅰ可实现连续旋转，从而与转动轮Ⅱ相连的部件也可以实现连续驱动。

附图说明

图1为本实用新型的立体图；

图2为本实用新型的主视图；

图3为本实用新型的转动轮Ⅱ的立体图；

图4为本实用新型的SMA丝Ⅰ或SMA丝Ⅱ的剖视图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1至图4所示：本实施例的基于SMA的驱动装置，包括底板101及设在底板101上的安装座102、转盘Ⅰ103、转盘Ⅱ104、SMA丝Ⅰ105、SMA丝Ⅱ106、转动轮Ⅰ107和转动轮Ⅱ108，所述转盘Ⅰ103、转盘Ⅱ104及转动轮Ⅰ107由内至外依次相对设置且独立转动；所述SMA丝Ⅰ105的一端固定于安装座102、另一端固定于转盘Ⅰ103，且所述SMA丝Ⅰ105由正常状态转变为缩短状态时拉动转盘Ⅰ103带动转动轮Ⅰ107旋转；所述SMA丝Ⅱ106的一端固定于安装座102、另一端固定于转盘Ⅱ104，且所述SMA丝Ⅱ106由正常状态转变为缩短状态时拉动转盘Ⅱ104带动转动轮Ⅰ107旋转；所述转动轮Ⅰ107的中部设有空腔107a，所述转动轮Ⅱ108安装在空腔107a中并由转动轮Ⅰ107通过传动组件驱动旋转；安装座102用于安装SMA丝Ⅰ105及SMA丝Ⅱ106，且内设有对SMA丝Ⅰ105及SMA丝Ⅱ106进行加热的加热元件；转盘Ⅰ103及转盘Ⅱ104均优选为圆盘，可独立旋转互不干扰；转盘Ⅰ103及转盘Ⅱ104的外缘可分别设有用于容置SMA丝Ⅰ105及SMA丝Ⅱ106的沟槽Ⅰ103a及沟槽Ⅱ104a，SMA丝Ⅰ105及SMA丝Ⅱ106分别可部分缠绕在沟槽Ⅰ103a及沟槽Ⅱ104a上；转动轮Ⅰ107与转动轮Ⅱ108均为转矩输出部件，可在转盘Ⅰ103或者转盘Ⅱ104的驱动下旋转并输出转矩；当加热SMA丝Ⅰ105而使其由正常状态转变为缩短状态时，SMA丝Ⅰ105拉动转盘Ⅰ103旋转一定角度并带动转动轮Ⅰ107旋转，此时再继续加热SMA丝Ⅱ106，SMA丝Ⅱ106由正常状态转变为缩短状态而拉动转盘Ⅱ104旋转一定角度并带动转动轮Ⅰ107旋转，反复交替使得转动轮Ⅰ107可实现连续旋转，从而与转动轮Ⅱ108相连的部件也可以实现连续驱动。

本实施例中，所述SMA丝Ⅰ105与SMA丝Ⅱ106并列布置，使得转盘Ⅰ103与转盘Ⅱ104具有相同的旋转方向；“并列布置”是指SMA丝Ⅰ105与SMA丝Ⅱ106布置在底板101的同一侧且在闲置状态下大致平行；转盘Ⅰ103与转盘Ⅱ104具有相同的旋转方向，从而转动轮Ⅰ107可实现旋转动作；此时，所述转动轮Ⅰ107为棘轮结构，所述转盘Ⅰ103上设有用于与转动轮Ⅰ107配合并单向驱动转动轮Ⅰ107的棘爪Ⅰ109，所述转盘Ⅱ104上设有用于与转动轮Ⅰ107配合并单向驱动转动轮Ⅰ107的棘爪Ⅱ110；转盘Ⅰ103转动时带动棘爪Ⅰ109移动，棘爪Ⅰ109的驱动端与转动轮Ⅰ107外缘的刚性齿配合而推动转动轮Ⅰ107转动；在棘爪Ⅰ109停止移动后，转盘Ⅱ104转动时带动棘爪Ⅱ110移动，棘爪Ⅱ110的驱动端与转动轮Ⅰ107外缘的刚性齿配合而继续推动转动轮Ⅰ107转动。

本实施例中，所述转盘Ⅰ103上朝向转盘Ⅱ104的一端面垂直设有一定位杆Ⅰ111，所述棘爪Ⅰ109的一端连接于定位杆Ⅰ111；所述所述转盘Ⅱ104上朝向转动轮Ⅰ107的一端面垂直设有一定位杆Ⅱ112，所述棘爪Ⅱ110的一端连接于定位杆Ⅱ112；该结构便于棘爪Ⅰ109及棘爪Ⅱ110的安装固定；定位杆Ⅰ111与定位杆Ⅱ112设在转动轮Ⅰ107的两侧，使得棘爪Ⅰ109与棘爪Ⅱ110具有大致对称的关系；为了使结构紧凑化，所述转盘Ⅱ104上设有弧形通槽104a，所述定位杆Ⅰ111从弧形通槽104a穿过后与棘爪Ⅰ109相连。

本实施例中，所述底板101上设有复位弹簧Ⅰ113及复位弹簧Ⅱ114，所述SMA丝Ⅰ105由缩短状态转变为正常状态时复位弹簧Ⅰ113拉动转盘Ⅰ103旋转并复位，所述SMA丝Ⅱ106由缩短状态转变为正常状态时复位弹簧Ⅱ114拉动转盘Ⅱ104旋转并复位；复位弹簧Ⅰ113与复位弹簧Ⅱ114可对称设置；转盘Ⅰ103、转盘Ⅱ104分别在复位弹簧Ⅰ113、复位弹簧Ⅱ114的作用下复位，可拉紧变长松开后的SMA丝Ⅰ105、SMA丝Ⅱ106，从而为下一次的驱动做准备；由于棘轮棘爪的作用，转动轮Ⅰ107不会倒转。

本实施例中，所述转盘Ⅱ104设有保持弹簧Ⅰ115及保持弹簧Ⅱ116，所述保持弹簧Ⅰ115与棘爪Ⅰ109相连并保持棘爪Ⅰ109与转动轮Ⅰ107的接触；所述保持弹簧Ⅱ116与棘爪Ⅱ110相连并保持棘爪Ⅱ110与转动轮Ⅰ107的接触；保持弹簧Ⅰ115及保持弹簧Ⅱ116分别作为棘爪Ⅰ109及棘爪Ⅱ110上的复位件，使得棘爪Ⅰ109及棘爪Ⅱ110始终与转动轮Ⅰ107相接触，从而保持转动轮Ⅰ107只能向一个方向旋转，而不能倒转。

本实施例中，所述转动轮Ⅱ108的外周均匀分布有“L”形的缺口117，所述空腔107a呈圆形，且缺口117与空腔107a的腔壁之间形成楔形空间117a；所述传动组件包括设在各楔形空间117a中的传动弹簧118及传动滚珠119，所述传动弹簧118的一端抵在转动轮Ⅱ108上、另一端抵在传动滚珠119上，所述传动滚珠119由传动弹簧118压向楔形空间117a的狭窄区且通过摩擦传动的方式将转动轮Ⅰ107的转矩传至转动轮Ⅱ108；转动轮Ⅰ107在旋转过程中由于摩擦力作用，传动滚珠119沿转动轮Ⅰ107转动方向运动并移动向楔形空间117a的狭窄区，使传动滚珠119与转动轮Ⅰ107内壁、转动轮Ⅱ108外壁均接触，驱动转动轮Ⅱ沿转动轮Ⅰ107转动方向，实现扭矩输出；传动滚珠119反向移动时，使传动滚珠119与转动轮Ⅰ107内壁脱离接触，转动轮Ⅱ108保持不动。

本实施例中，所述转动轮Ⅱ108的中部垂直连接有一与其同步转动的动力输出轴123，所述动力输出轴123上设有对称的用于采集其扭矩值的应变片124，所述动力输出轴123的末端设有用于提高冲击动力的“T”形冲击块125。

本实施例中，所述SMA丝Ⅰ105及SMA丝Ⅱ106均为复合结构，该复合结构包括丝体120及套在丝体120外的套管121，所述套管121采用柔性绝缘材料制成，且所述丝体120与套管121之间填充有硅胶122；丝体120采用镍-钛形状记忆合金材料制成；硅胶122提高丝体的散热和冷却速度；套管121对内部的丝体及硅胶形成防护。

最后说明的是，本文应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的核心思想，在不脱离本实用新型原理的情况下，还可对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型的保护范围内。