CN106357045A - 基于位移驱动装置组合而成的多轴工作运动平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于位移驱动装置组合而成的多轴工作运动平台，驱动装置包括产生相互作用力的驱动部件和运动发动部件，以及设置在驱动部件和运动发动部件之间用于约束运动发动部件位移方向的导向部件，其中，驱动部件为固定电磁铁或固定永磁铁，所述运动发动部件为移动永磁铁或移动电磁铁。本发明直接实现了基于磁极偏转而产生的直线往复平动或转动运动，运动驱动直接，机构简单，刚性好；容易实现大行程；也容易实现微行程；驱动位移精确；运动力、位移大小和精度可以通过精确施加磁场或电流的强度来控制，控制简单、方便；将磁场直接用于驱动，电磁场与永磁场复合作用产生较大的驱动磁场，使机构的驱动力大，驱动响应快，效率高。

Description

基于位移驱动装置组合而成的多轴工作运动平台

本申请是申请号为201210393968.6，申请日为2012.10.17，发明名称为《基于永磁体和电磁体相互作用的位移驱动装置及其组合》的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种平/转动驱动技术领域，具体是一种基于位移驱动装置组合而成的多轴工作运动平台。

背景技术

近些年来电、磁致伸缩材料领域发展迅速，产生了如巨磁致伸缩材料、压电陶瓷以及磁致伸缩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运动位移小，驱动激励环节多，组成部件多，可靠性差等缺点。因此，基于机敏材料的伸缩机构不适合小体积高能大行程驱动应用领域。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种基于位移驱动装置组合而成的多轴工作运动平台。本发明可电磁激励作用下产生磁极偏转而使转/摆动直接产生平动位移或驱动力；所产生平/转动位移和力的大小可控，特别是易于产生瞬间大形变体积比和大的输出力体积比驱动。

本发明是通过以下技术方案实现的。

一种基于永磁体和电磁体相互作用的位移驱动装置，包括产生相互作用力的驱动部件和运动发动部件，以及设置在驱动部件和运动发动部件之间用于约束运动发动部件位移方向的导向部件。

所述驱动部件为固定电磁铁或固定永磁铁，其竖直放置并产生竖直的磁极方向，所述运动发动部件为移动永磁铁或移动电磁铁，其水平放置并产生水平的磁极方向，所述导向部件包括定子和动子，其中，定子与驱动部件的一个磁极端面固连，动子与运动发动部件的侧壁固连，所述导向部件水平设置在驱动部件和运动发动部件之间。

所述基于永磁体和电磁体相互作用的位移驱动装置，还包括异形轮廓体，所述异形轮廓体与运动发动部件刚性连接随动。

所述驱动部件为固定电磁铁或固定永磁铁，其竖直放置并产生竖直的磁极方向，所述运动发动部件为移动永磁铁或移动电磁铁，其水平放置并产生水平的磁极方向，所述导向部件包括定子和动子，其中，动子与运动发动部件的侧壁固连，定子连同运动发动部件与驱动部件呈θ角固连，0＜θ＜180度，所述导向部件呈θ角设置在驱动部件和运动发动部件之间。

所述导向部件为圆形导向部件，所述圆形导向部件连同运动发动部件与驱动部件呈θ角固连，0≤θ＜180度。

所述运动发动部件为若干个移动永磁铁组合而成。

一种基于位移驱动装置组合而成的多轴工作运动平台，包括若干相互连接的用于实现x、y和/或z轴平动的驱动装置以及用于实现α、β和/或γ方向转动的驱动装置。

所述用于实现x、y和/或z轴平动的驱动装置为：包括产生相互作用力的驱动部件和运动发动部件，以及设置在驱动部件和运动发动部件之间用于约束运动发动部件位移方向的导向部件；其中，

所述驱动部件为固定电磁铁或固定永磁铁，其竖直放置并产生竖直的磁极方向，所述运动发动部件为移动永磁铁或移动电磁铁，其水平放置并产生水平的磁极方向，所述导向部件包括定子和动子，其中，定子与驱动部件的一个磁极端面固连，动子与运动发动部件的侧壁固连，所述导向部件水平设置在驱动部件和运动发动部件之间；或

所述运动发动部件为移动永磁铁或移动电磁铁，其水平放置并产生水平的磁极方向，所述导向部件包括定子和动子，其中，动子与运动发动部件的侧壁固连，定子连同运动发动部件与驱动部件呈θ角固连，0＜θ＜180度，所述导向部件呈θ角设置在驱动部件和运动发动部件之间。

所述用于实现x、y和/或z轴平动的驱动装置还包括异形轮廓体，所述异形轮廓体与运动发动部件刚性连接随动。

所述用于实现α、β和/或γ方向转动的驱动装置为：包括产生相互作用力的驱动部件和运动发动部件，以及设置在驱动部件和运动发动部件之间用于约束运动发动部件位移方向的导向部件；其中，

所述导向部件为圆形导向部件，所述圆形导向部件连同运动发动部件与驱动部件呈θ角固连，0≤θ＜180度；所述运动发动部件由若干个移动永磁铁组合而成。

本发明机理，是由于作为驱动的电磁力或永磁力作用于作为运动发动部件的移动永磁铁或移动电磁铁时，异性磁极吸引靠近，同性磁极排斥远离。因此，当驱动部件固定不动时，驱动部件的电磁力或永磁力将使其上的运动发动部件磁极偏转，此时由于在驱动部件和运动发动部件之间设有使运动发动部件只能在一个方向上运动的导向部件，运动发动部件只能产生导向部件的引导方向的运动。

根据磁场间相互作用原理，当作为运动发动部件的移动永磁铁或移动电磁铁的磁场与作为驱动部件的固定永磁铁或固定电磁铁所产生磁场不一致时，如果驱动部件的磁场足够强，运动发动部件将向与驱动部件磁极一致的方向发生偏转或移动，直至运动发动部件的磁场方向与驱动部件的磁场方向一致的位置上时偏转或移动停止。因此，如果在驱动部件激励前，运动发动部件的磁场方向与驱动部件所产生的磁场方向不一致，那么运动发动部件的磁极方向在电磁场作用下将发生向驱动部件磁极方向的偏转。但是，由于驱动部件固定，运动发动部件因此受到导向部件的约束，该运动发动部件磁极摆动的磁场力只能输出到导向部件导向运动方向上，从而推动运动发动部件在导向部件导向的方向上移动。这样就可以达到一种驱动部件竖直方向施加磁场力给运动发动部件，运动发动部件在导向部件导向的方向上移动的效果。

并且该移动位移的大小可以通过控制在作为驱动部件的固定电磁铁中施加的电流强度即产生的电磁场强度及施加电流方向或固定永磁铁的磁场力强度进行控制。

同理，对电磁铁加反向电流，产生与之前的相反方向的磁极即相反的电磁力，那么之前远离驱动部件的运动发动部件的极端将被吸引而向靠近驱动部件的方向运动，同时，之前吸附在驱动部件端面的运动发动部件的极端将受斥力而向远离驱动部件的方向运动。这样，通过控制驱动部件磁场强度，可使运动发动部件发生与之前相反的水平运动，直至磁极重合位置时停止。

这样，经过对作为驱动部件施加一定强度的正反向电流或磁场，运动发动部件可以发生在水平方向上往复运动。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、直接实现了基于磁极偏转而产生的直线往复平动或转动运动，运动驱动直接，机构简单，刚性好；

2、容易实现大行程；也容易实现微行程；驱动位移精确；

3、运动力、位移大小和精度可以通过精确施加磁场或电流的强度来控制，控制简单、方便；

4、将磁场直接用于驱动，电磁场与永磁场复合作用产生较大的驱动磁场，使机构的驱动力大，驱动响应快，效率高。

本发明的机构可用于研制要求驱动部件极少，体积和重量微小，产生较大位移、高精度往复驱动和多自由度驱动功能的装置。

附图说明

图1为本发明实施例1示意图；

图2为本发明实施例2示意图；

图3为本发明实施例3示意图；

图4为本发明实施例4示意图；

图5为本发明实施例5示意图；

图6为本发明实施例6示意图；

图中，1为驱动部件，2为运动发动部件，3为导向部件，4为固定永磁铁，5为移动电磁铁，6为异形轮廓体，11、12、13分别为用于实现x\y\z三轴平动的驱动装置，14、15分别为用于实现α/B方向转动的驱动装置。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明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，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

本实施例包括：产生相互作用力的驱动部件1和运动发动部件2，以及设置在驱动部件1和运动发动部件2之间用于约束运动发动部件2位移方向的导向部件3。

如图1所示，在本实施例中，上述驱动部件1为固定电磁铁，上述运动发动部件2为移动永磁铁。初始时，固定电磁铁竖直放置，用于产生竖直方向的磁极；移动永磁铁水平放置，用于产生水平方向的永磁极，在固定电磁铁的一个磁极端面和移动永磁铁的侧面安装有水平放置的导向部件3。导向部件3包括定子和动子，其中，定子与固定电磁铁的端面固连，动子与移动永磁铁的侧壁固连；移动永磁铁的磁极方向与固定电磁铁的磁极方向垂直。

根据磁场间相互作用原理，当移动永磁铁的磁场与固定电磁铁所产生磁场不一致时，如果电磁场足够强，移动永磁铁将向与电磁场磁极一致的方向发生偏转或移动，直至移动永磁铁磁场方向与固定电磁铁的磁场方向一致的位置上时偏转或移动停止。因此，对于如图1所示机构，如果在固定电磁铁激励前，移动永磁铁的磁场方向与固定电磁铁所产生的磁场方向不一致，如图1所示为垂直，那么移动永磁铁的磁极方向在电磁场作用下将发生偏转而致使移动永磁铁偏转。但是，由于移动永磁铁受到水平导向部件的约束，使永磁磁极摆动的磁吸力只能在被导向的水平方向上输出，从而移动永磁铁在水平方向上(x或Y方向)能够被吸引移动，即产生平动。这样达到了固定电磁铁竖直方向施加磁吸力，移动永磁铁在水平方向上产生移动。并且，该移动位移的大小可以通过控制在固定电磁铁中施加的电流强度即产生的电磁场强度或电磁场力强度进行控制。

同理，对固定电磁铁加反向电流，产生与之前的相反方向的磁极即相反的电磁力，那么之前远离固定电磁铁的移动永磁铁的极端将被吸引而向靠近固定电磁铁的方向运动，同时，之前吸附在固定电磁铁的移动永磁铁的端部将受斥力而向远离固定电磁铁的方向运动。这样，通过控制固定电磁铁磁场强度，可使移动永磁铁发生与之前相反的水平运动，直至磁极重叠位置时停止。

这样，经过对固定电磁铁施加一定强度的正反向电磁场，移动永磁铁可以发生在水平方向上往复运动。

实施例2

实施例2为实施例1的变化例。

如图2(a)所示，本实施例在实施例1的基础上，与实施例1的区别在于，将运动发动部件2更换为移动电磁铁，驱动部件1更换为固定永磁铁。

实施例3

实施例3为实施例1的变化例。

如图2(b)所示，本实施例在实施例1的基础上，与实施例1的区别在于，将运动发动部件2更换为移动电磁铁，驱动部件1仍为固定电磁铁，所施加的磁场间作用力均为电磁场力。

实施例4

实施例4为上述三个实施例的变化例。

如图3所示，实施例在上述三个实施例中的任一实施例的基础上，导向部件3的动子与运动发动部件2的侧壁固连，其定子连同运动发动部件2与驱动部件1呈θ角固连，0＜θ＜180度，导向部件3呈θ角设置在驱动部件1和运动发动部件2之间。这样，基于实施例1的机理和驱动过程，运动发动部件2将在与驱动部件1呈θ角的方向上往复运动。

实施例5

实施例5为实施例1、2或3的变化例。

如图4所示，本实施例在实施例1、2或3的基础上，还包括异形轮廓体6，异形轮廓体6与运动发动部件2刚性连接随动。基于实施例1的机理和驱动过程，运动发动部件2带动异形轮廓体6往复运动，这样与异形轮廓体6滑/滚动接触的物体将在竖直方向上被驱动而上下往复运动。运动可被驱动部件1的电流或磁流控制。本实施例将电/磁力转化为竖直方向的推动力，产生竖直方向运动的效果。

实施例6

实施例6为实施例1、2或3的变化例。

如图5所示，本实施例在实施例1、2或3的基础上，导向部件3为圆形导向部件3。圆形导向部件3连同运动发动部件2与驱动部件1呈θ角固连，0≤θ＜180度。

优选地，运动发动部件2为一个或一个以上移动永磁铁的组合。基于实施例1的机理和驱动过程，移动永磁铁或其组合将在圆形导向部件的约束下只产生转动。该转动角和方向可由驱动部件中的电流或磁流进行控制。

实施例7

实施例7为根据实施例1至5中提供的一个以上平动驱动装置和实施例6中提供的一个以上转动驱动装置组合而成的多轴工作运动平台。

如图6所示，本实施例包括若干相互连接的用于实现x、y和/或z轴平动的驱动装置以及用于实现α、β和/或γ方向转动的驱动装置。

例如，如图6(a)所示，选择三个基于实施例1-5所实现的用于实现x、y和/或z轴平动的驱动装置11、12、13，组合可以实现一个x\y\z三轴平动运动平台。

如图6(b)所示，在x\y\z三轴平动运动平台上上增加实施例6所实现的用于实现α、B和/或γ方向转动的驱动装置，即如图所示在驱动器11和驱动器12之间增加转动驱动装置15，使驱动装置11整体可绕Z轴转动；在驱动装置11上安装转动驱动装置14，使驱动装置11整体运动时还可带动被驱动物体产生绕X轴转动，从而实现一个五轴工作运动平台。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (4)

1.一种基于位移驱动装置组合而成的多轴工作运动平台，其特征在于，包括若干相互连接的用于实现x、y和/或z轴平动的驱动装置以及用于实现α、β和/或γ方向转动的驱动装置；

所述用于实现x、y和/或z轴平动的驱动装置以及用于实现α、β和/或γ方向转动的驱动装置均包括：产生相互作用力的驱动部件和运动发动部件，以及设置在驱动部件和运动发动部件之间用于约束运动发动部件位移方向的导向部件。

2.根据权利要求1所述的基于位移驱动装置组合而成的多轴工作运动平台，其特征在于，所述用于实现x、y和/或z轴平动的驱动装置具体为：包括产生相互作用力的驱动部件a和运动发动部件a，以及设置在驱动部件a和运动发动部件a之间用于约束运动发动部件a位移方向的导向部件a；其中，

所述驱动部件a为固定电磁铁或固定永磁铁，其竖直放置并产生竖直的磁极方向，所述运动发动部件a为移动永磁铁或移动电磁铁，其水平放置并产生水平的磁极方向，所述导向部件a包括定子和动子，其中，定子与驱动部件a的一个磁极端面固连，动子与运动发动部件a的侧壁固连，所述导向部件a水平设置在驱动部件a和运动发动部件a之间；或

所述运动发动部件a为移动永磁铁或移动电磁铁，其水平放置并产生水平的磁极方向，所述导向部件a包括定子和动子，其中，动子与运动发动部件a的侧壁固连，定子连同运动发动部件a与驱动部件a呈θ角固连，0＜θ＜180度，所述导向部件a呈θ角设置在驱动部件a和运动发动部件a之间。

3.根据权利要求1所述的基于位移驱动装置组合而成的多轴工作运动平台，其特征在于，所述用于实现α、β和/或γ方向转动的驱动装置具体为：包括产生相互作用力的驱动部件b和运动发动部件b，以及设置在驱动部件b和运动发动部件b之间用于约束运动发动部件b位移方向的导向部件b；其中，

所述导向部件b为圆形导向部件，所述圆形导向部件连同运动发动部件b与驱动部件b呈θ角固连，0≤θ＜180度；所述运动发动部件b由若干个移动永磁铁组合而成。

4.根据权利要求1或2所述的基于位移驱动装置组合而成的多轴工作运动平台，其特征在于，所述用于实现x、y和/或z轴平动的驱动装置还包括异形轮廓体，所述异形轮廓体与运动发动部件a刚性连接随动。