一種記憶合金驅(qū)動(dòng)多軸舵機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種記憶合金驅(qū)動(dòng)多軸舵機(jī)，可以同時(shí)產(chǎn)生兩個(gè)或三個(gè)方向的角位移和轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，屬于一種機(jī)械驅(qū)動(dòng)裝置。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]現(xiàn)有舵機(jī)使用電磁馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，經(jīng)過(guò)減速器產(chǎn)生單一方向的角位移和轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，可以驅(qū)動(dòng)機(jī)器人關(guān)節(jié)等機(jī)械設(shè)備。但機(jī)器人關(guān)節(jié)如需達(dá)到人體關(guān)節(jié)(如肩關(guān)節(jié))的高靈活性，必須產(chǎn)生多個(gè)軸向(滾轉(zhuǎn)X軸、俯仰Y軸、偏航z軸)的角位移和轉(zhuǎn)動(dòng)力矩。常用方案是串聯(lián)多個(gè)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器(如舵機(jī))，產(chǎn)生上述多個(gè)軸向的角位移和轉(zhuǎn)動(dòng)力矩。但串聯(lián)關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)存在如下問(wèn)題:
1)剛性低，串聯(lián)關(guān)節(jié)末端積累誤差；
2)占用空間大，功率比低；
3)難以實(shí)現(xiàn)同心轉(zhuǎn)動(dòng)，即多個(gè)運(yùn)動(dòng)軸相交于同一點(diǎn)。
[0004]上述問(wèn)題造成機(jī)器人特別是仿照人體手臂的多軸關(guān)節(jié)機(jī)器人，其成本高、體積龐大、復(fù)雜度高。
[0005]并聯(lián)機(jī)構(gòu)(Parallel Mechanism)是一種能夠同時(shí)提供多個(gè)軸的角位移和轉(zhuǎn)動(dòng)力矩、多個(gè)方向的線性位移和驅(qū)動(dòng)力的高靈活性驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，具有機(jī)構(gòu)剛度高、無(wú)積累誤差、承載力大、占用空間小等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于多軸機(jī)床、大型機(jī)器人等領(lǐng)域。但現(xiàn)有的并聯(lián)機(jī)構(gòu)使用液壓或氣壓缸作為驅(qū)動(dòng)器，需要壓力源與工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)才能工作，只能應(yīng)用于大型設(shè)備上，難以小型化。
[0006]記憶合金驅(qū)動(dòng)器是一種新發(fā)展的高效驅(qū)動(dòng)器，利用金屬相變?cè)斐傻膹椥韵禂?shù)變化，產(chǎn)生往復(fù)的驅(qū)動(dòng)力，可以電阻熱引發(fā)記憶合金相變，使用電源供能即可，無(wú)需復(fù)雜供能設(shè)備。同時(shí)記憶合金功率密度大，僅需很小體積即可產(chǎn)生較高機(jī)械功率，便于驅(qū)動(dòng)器小型化。通過(guò)將記憶合金材料加工成不同尺寸、繞數(shù)的彈簧、卷簧等特殊形狀，可以產(chǎn)生不同行程、力速比(一定功率下，驅(qū)動(dòng)力和驅(qū)動(dòng)速度的比例)的線性、轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)器，具有極大的靈活性，不需減速裝置調(diào)節(jié)力速比，可以進(jìn)一步減少結(jié)構(gòu)尺寸。
[0007]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明提供了一種記憶合金驅(qū)動(dòng)多軸舵機(jī)，該舵機(jī)使用多個(gè)記憶合金驅(qū)動(dòng)器組成并聯(lián)機(jī)構(gòu)，組成一種能夠產(chǎn)生多軸(滾轉(zhuǎn)X軸、俯仰Y軸、偏航z軸)角位移和轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的驅(qū)動(dòng)裝置，可以替代現(xiàn)有串聯(lián)舵機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，應(yīng)用于機(jī)器人、攝像機(jī)云臺(tái)、3D打印等需要高靈活性運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的領(lǐng)域。
[0009]該記憶合金驅(qū)動(dòng)多軸舵機(jī)，其特征在于:
包括上固定端和下固定端，上固定端和下固定端之間通過(guò)一組多向軸承相鉸接，上、下固定端上各設(shè)有3個(gè)以上錨點(diǎn)，3組以上記憶合金線性驅(qū)動(dòng)器兩端分別錨定在上、下固定端上的錨點(diǎn)之間，共同組成并聯(lián)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；
工作時(shí)，通過(guò)給記憶合金線性驅(qū)動(dòng)器供電，使其產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力，通過(guò)調(diào)節(jié)電流大小時(shí)驅(qū)動(dòng)力產(chǎn)生差異，使并聯(lián)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生所需的角位移和轉(zhuǎn)動(dòng)力矩。
[0010]可選地，所述多向軸承為球頭軸承，并聯(lián)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)能夠產(chǎn)生3個(gè)方向的角位移和轉(zhuǎn)動(dòng)力矩。
[0011]可選地，所述多向軸承為十字軸軸承，并聯(lián)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)能夠產(chǎn)生2個(gè)方向的角位移和轉(zhuǎn)動(dòng)力矩。
[0012]可選地，所述記憶合金線性驅(qū)動(dòng)器形狀可為線狀或彈簧狀。
[0013]可選地，所述記憶合金線性彈簧驅(qū)動(dòng)器可為壓簧型、拉簧型、拉壓雙向型；較優(yōu)地，使用拉簧型記憶合金線性彈簧驅(qū)動(dòng)器。
[0014]可選地，通過(guò)增加固定端直徑并增加錨點(diǎn)間距，可以加強(qiáng)多軸舵機(jī)各軸的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩。
[0015]可選地，通過(guò)增加固定端間距，可以加大多軸舵機(jī)各軸的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍。
[0016]可選地，錨點(diǎn)排列為中心對(duì)稱時(shí)，繞滾轉(zhuǎn)X軸、俯仰Y軸的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩和轉(zhuǎn)動(dòng)范圍相等。
[0017]可選地，錨點(diǎn)排列可以偏移對(duì)稱位置，以加強(qiáng)繞特定軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩和轉(zhuǎn)動(dòng)范圍。
[0018]本發(fā)明的有益效果如下:
1)繼承了并聯(lián)機(jī)構(gòu)的多軸運(yùn)動(dòng)特性:將多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸集成到較小的空間結(jié)構(gòu)中，并實(shí)現(xiàn)了多軸共心。
[0019]2)繼承了記憶合金驅(qū)動(dòng)器的高功率密度:無(wú)需減速器、工質(zhì)、壓力源，大大提高了整體功率密度。
[0020]3)繼承了記憶合金驅(qū)動(dòng)器的性能多樣性:可以通過(guò)改變形狀實(shí)現(xiàn)多種力-位移性會(huì)泛。
[0021]4)可以通過(guò)增減記憶合金驅(qū)動(dòng)器的數(shù)量，調(diào)整記憶合金驅(qū)動(dòng)器錨點(diǎn)位置，實(shí)現(xiàn)更大的性能多樣性。
[0022]5)沒(méi)有機(jī)械傳動(dòng)裝置，容易實(shí)現(xiàn)微型化。
[0023]可見(jiàn)本發(fā)明繼承了并聯(lián)機(jī)構(gòu)和記憶合金驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)點(diǎn)，并體現(xiàn)出更優(yōu)越、靈活多樣的性能，能夠廣泛應(yīng)用于機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器、攝像機(jī)云臺(tái)、3D打印等需要高靈活性運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的領(lǐng)域。
[0024]
【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1為本發(fā)明實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)側(cè)視圖；
圖2為本發(fā)明實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)俯視圖；
圖3為本發(fā)明實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)3D圖，靜止的工作狀態(tài)示意圖；
圖4為本發(fā)明實(shí)施例一的繞滾轉(zhuǎn)X軸旋轉(zhuǎn)的工作狀態(tài)示意圖；
圖5為本發(fā)明實(shí)施例一的繞俯仰Y軸旋轉(zhuǎn)的工作狀態(tài)示意圖；
圖6為本發(fā)明實(shí)施例一的繞偏航Z軸旋轉(zhuǎn)的工作狀態(tài)示意圖； 圖7為本發(fā)明實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)側(cè)視圖；
圖8為本發(fā)明實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)俯視圖；
圖9為本發(fā)明實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)3D圖；
圖10為本發(fā)明實(shí)施例三的結(jié)構(gòu)側(cè)視圖；
圖11為本發(fā)明實(shí)施例三的結(jié)構(gòu)俯視圖；
圖12為本發(fā)明實(shí)施例三的結(jié)構(gòu)3D圖；
圖13為本發(fā)明實(shí)施例四的結(jié)構(gòu)俯視圖。
[0026][主要元件符號(hào)說(shuō)明] la.上固定端；
lb.下固定端；
2.記憶合金線性驅(qū)動(dòng)器，為區(qū)分不同位置，圖1、圖2中標(biāo)為2c、2d、2e、2f;
3.多軸軸承，圖1~圖3中為球頭軸承，圖4中為十字軸軸承；
4.錨點(diǎn)；
X.滾轉(zhuǎn)軸；
Y.俯仰軸；
Z.偏航軸；
0.公共軸心；
K實(shí)施例一中上固定端la與軸承中心0的距離；
A實(shí)施例一中上固定端lb與軸承中心0的距離； α.實(shí)施例一中對(duì)應(yīng)錨點(diǎn)的錯(cuò)開夾角； r.實(shí)施例一中錨點(diǎn)與固定端中心距離。
[0027]
【具體實(shí)施方式】
[0028]為使本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0029]本發(fā)明提供了一種記憶合金驅(qū)動(dòng)多軸舵機(jī)，該舵機(jī)使用多個(gè)記憶合金驅(qū)動(dòng)器組成并聯(lián)機(jī)構(gòu)，組成一種能夠產(chǎn)生多軸(滾轉(zhuǎn)X軸、俯仰Y軸、偏航z軸)角位移和轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的驅(qū)動(dòng)裝置，可以替代現(xiàn)有串聯(lián)舵機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，應(yīng)用于機(jī)器人、攝像機(jī)云臺(tái)、3D打印等需要高靈活性運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的領(lǐng)域。其【具體實(shí)施方式】如下:
實(shí)施例一
參看圖1、圖2、