二自由度进给装置及其应用制造方法及图纸

一种二自由度进给装置及其应用，包括：设置于机体内的动力单元以及一端与之相接触的放大机构，放大机构的另一端作为系统输出端以对机体外部的对象进行操作，其中：放大机构与动力单元相连以接收动力单元的驱动输出，当机体受到驱动进行转动时通过一个转动和/或外部磁场同时实现转动和平动两个自由度的运动。本发明专利技术通过至少一级放大结构，能够通过一体化结构实现平转动二自由度的运动。

【技术实现步骤摘要】
二自由度进给装置及其应用
本专利技术涉及的是一种机械加工领域的技术，具体是一种二自由度进给装置及其应用。
技术介绍
现有多种智能型作动器均采用压电陶瓷、压电薄膜、电致伸缩、磁致伸缩、形状记忆合金、伺服和电流变流体作为动力单元。这些作动器的出现为实现高精度的振动主动控制提供了必要条件。但现有的装置对动力单元的放大和智能控制尚无法达到工业需求。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提出一种二自由度进给装置及其应用，通过至少一级放大结构，能够通过一体化结构实现平转动二自由度的运动，输入交流电后往复振动频率达到6～7KHz，经杠杆放大四倍后达到0.2mm的动作范围。本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术包括：设置于机体内的动力单元以及一端与之相接触的放大机构，放大机构的另一端作为系统输出端以对机体外部的对象进行操作，其中：放大机构与动力单元相连以接收动力单元的驱动输出，当机体收到驱动进行转动时放大机构同步/异步实现水平上的进给运动。所述的放大机构采用具有至少一个转动轴的连杆或连杆组或等效于回转轴方式的柔性铰链机构实现。所述的连杆或连杆组用于实现水平和竖直的力矩传输，转动轴用于实现输入输出的力臂调整，通过放大机构将动力单元的微位移放大并传输至机体外部的操作对象上。所述的转动轴设置于机体内并与机体同步转动。所述的动力单元采用永磁体、固态伸缩体或电磁伸缩体，优选采用压电伸缩材料、磁致伸缩材料、永磁体、电磁铁和/或静电驱动体。所述的机体内设有用于在一个方向上对放大机构提供弹力或拉力的预紧机构与放大机构相接触，使得放大机构保持特定位置的初始状态并消除传动过程中的间隙。所述的放大机构和预紧机构上进一步设有传感器，该传感器与外部控制单元相连并输出工况信息。所述的动力单元具有驱动和传感特性，其本身的一部分，可以为驱动单元部件，另一部分为传感单元部件；或是两种固态材料体，其中一种材料体为驱动单元，另一种作为传感单元；以至于驱动输出加载和驱动输出状态监控可以同时实现。附图说明图1为具有一级放大的二自由度进给装置示意图；图2为具有二级放大的二自由度进给装置示意图；图3为具有三级放大的二自由度进给装置示意图；图4a和图4b为放大机构柔性铰链示意图；图5和图6为具有外部驱动的二级放大的二自由度进给装置示意图；图7为外置永磁体实施方式示意图；图8为动力单元示意图；图中：a为全压电材料；b为全磁致伸缩材料；c为压电一磁致伸缩材料；d为磁致伸缩一压电材料；图9为实施例应用示意图；图中：动力单元0、机体1、限位导向部件2、放大机构3、回转轴4、预紧装置5、传力部件6、次级线圈7、驱动电机8、初级线圈9、磁驱部件11、传感器12、系统输出端13、永磁体外壳14、柔性铰链回转机构15、位移放大杆16。具体实施方式本实施例涉及一种二自由度进给装置，包括：设置于机体1内的如图1所述的一级放大机构、如图2所示的二级放大机构3或如图3所示的三级放大机构3、动力单元0以及预紧装置5。如图1～图3所示，所述的放大机构3与动力单元0之间设有传力部件6，该传力部件6为球体或弧面体结构且分别与放大机构3和动力单元0为点接触，从而实现传力过程中无结构变形应力。所述的放大机构3包括连杆组和回转轴4，其中：连杆组由若干首尾依次转动连接的刚体直杆组成，该刚体直杆为沿二自由度进给装置的水平设置或法向设置，回转轴4设置于法向设置的刚体直杆上，通过调整与两端相邻刚体直杆的距离实现输出放大。所述的一级放大机构包括：一根具有回转轴4的刚体直杆，该直杆为法向设置并产生一级放大，其一端与动力单元0点接触，另一端与系统输出端13转动连接。所述的二级放大机构包括：三根首尾依次转动连接的刚体直杆和设置于第一和第三直杆上的回转轴4，其中：第一和第三直杆为法向设置并产生二级放大，第二直杆为水平设置，第一直杆的一端与动力单元0点接触，第三直杆的一端与系统输出端13转动连接。所述的三级放大机构包括：五根首尾依次转动连接的刚体直杆和设置于第一、第三和第五直杆上的回转轴4，其中：第一、第三和第五直杆为法向设置并产生三级放大，第二、第四直杆为水平设置。优选地，所述的水平设置的刚体直杆上设有限位导向部件2，该限位导向部件2平行于刚体直杆设置于机体1内并对刚体直杆的水平运动进行限位，从而防止能量在水平传递过程中发生法向上的损失。所述的限位导向部件2采用但不限于滚珠、轴承或圆柱杆实现。如图4a和图4b所示，所述的放大机构也可以采用柔性铰链结构实现，该柔性铰链机构包括：柔性铰链回转机构15和与之相连的位移放大杆16。所述的预紧装置5包括：弹性腔和设置于其中的弹性体，该弹性体与放大机构3相接触并提供初始状态下的推力或拉力以实现预紧。如图5和图6所示，所述的机体1外部与电机8固定连接以实现水平转动。如图5所示，所述的机体1外部设有初级线圈9，对应机体1内部设有次级(感生)线圈7，初级线圈9以无线的方式传输能量并通过次级线圈7与动力单元0相连以转化为动力单元0驱动放大机构3的力。如图6所示，所述的动力单元0可以采用永磁体实现，对应在机体1内部设有磁场生成机构11，该磁场生成机构11为偏置设置于机体1内部用于对磁致伸缩体、永磁体提供初始偏置磁场，当初级线圈9启动后产生磁场与磁场生成机构11复合作用至动力单元0以驱动放大机构3。如图7所示，所述的机体1外部可以选择性设置永磁体外壳14，次级线圈7具有与永磁体外壳14相对运动而产生切割磁力线的回转方向布置；它们之间可相对转动。优选地为永磁体外壳14固定设置而次级线圈7通过一个电机驱动旋转运动，即可实现同时转动和平动的效果。进一步优选地，通过设置若干个永磁体外壳14以成倍增加动力单元0的作动频率。所述的动力单元0具有驱动和传感特性，即：当采用一个或多个并/串联的复合压电材料单元实现时，优选以其中一个复合压电材料单元作为传感器12，将采集到的压力信号转化为电信号输出至控制单元，其他复合压电材料单元依旧作为动力单元0；当采用一个或多个并/串联的磁致伸缩单元实现时，优选以其中一个磁致伸缩单元作为传感器12，将采集到的感生电流输出至控制单元以监测其他单元的工况，其他磁致伸缩单元依旧作为动力单元0；当采用复合压电材料单元与磁致伸缩单元混合并/串联实现时，优选以其中任一一个单元作为传感器12，或以其中任意一种单元中的一个作为传感器，以实时监测同类单元的工作情况。如图8中的a所示，为全压电材料制成的动力单元0，包括产生压电传感信号的部分section1和受线圈施加驱动电压产生驱动伸缩的部分section2。如图8中的b所示，为全磁致伸缩材料制成的动力单元0，包括通过线圈感生或霍尔传感或磁阻传感产生压磁感生传感信号的部分section1和外部线圈或施加电压/电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二自由度进给装置，其特征在于，包括：设置于机体内的动力单元以及一端与之相接触的放大机构，放大机构的另一端作为系统输出端以对机体外部的对象进行操作，其中：放大机构与动力单元相连以接收动力单元的驱动输出，当机体受到驱动进行转动时通过一个转动和/或外部磁场同时实现转动和平动两个自由度的运动；/n所述的放大机构采用具有至少一个转动轴的连杆或连杆组或等效于回转轴方式的柔性铰链机构实现。/n

【技术特征摘要】
1.一种二自由度进给装置，其特征在于，包括：设置于机体内的动力单元以及一端与之相接触的放大机构，放大机构的另一端作为系统输出端以对机体外部的对象进行操作，其中：放大机构与动力单元相连以接收动力单元的驱动输出，当机体受到驱动进行转动时通过一个转动和/或外部磁场同时实现转动和平动两个自由度的运动；
所述的放大机构采用具有至少一个转动轴的连杆或连杆组或等效于回转轴方式的柔性铰链机构实现。


2.根据权利要求1所述的二自由度进给装置，其特征是，所述的放大机构包括：用于实现水平和竖直的力矩传输的连杆或连杆组和用于实现输入输出的力臂调整的转动轴，通过放大机构将动力单元的微位移放大并传输至机体外部的操作对象上；
所述的连杆组由若干首尾依次转动连接的刚体直杆组成，该刚体直杆为沿二自由度进给装置的水平设置或法向设置，回转轴设置于法向设置的刚体直杆上，通过调整与两端相邻刚体直杆的距离实现输出放大。


3.根据权利要求1或2所述的二自由度进给装置，其特征是，所述的放大机构为一级、二级或三级放大机构，其中：
一级放大机构包括：一根具有回转轴的刚体直杆，该直杆为法向设置并产生一级放大，其一端与动力单元点接触，另一端与系统输出端转动连接；
二级放大机构包括：三根首尾依次转动连接的刚体直杆和设置于第一和第三直杆上的回转轴，其中：第一和第三直杆为法向设置并产生二级放大，第二直杆为水平设置，第一直杆的一端与动力单元点接触，第三直杆的一端与系统输出端转动连接；
三级放大机构包括：五根首尾依次转动连接的刚体直杆和设置于第一、第三和第五直杆上的回转轴，其中：第一、第三和第五直杆为法向设置并产生三级放大，第二、第四直杆为水平设置。


4.根据权利要求3所述的二自由度进给装置，其特征是，所述的水平设置的刚体直杆上设有限位导向部件，该限位导向部件平行于刚体直杆设置于机体内并对刚体直杆的水...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨斌堂，
申请(专利权)人：南京伶机宜动驱动技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32