一种基于压致增稠效应可双向作动的大位移贯入式驱动器制造技术

一种基于压致增稠效应可双向作动的大位移贯入式驱动器，贯入式驱动器包括贯入端，驱动器外壳，位移放大机构、进给装置，传动装置。本发明专利技术贯入式驱动器在完全浸没入介质后，依靠压致增稠效应、摩擦作用、放大机构位移放大作用完成贯入式驱动器的双方向运动。本发明专利技术的驱动器工作环境为非牛顿流体或类非牛顿流体，具有贯入深度大、效率高，结构简单，质量轻巧，便于携带的特点，特别适合于地理环境勘察、海底探测、深空星体着陆探查等极端环境下的使用。深空星体着陆探查等极端环境下的使用。深空星体着陆探查等极端环境下的使用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于压致增稠效应可双向作动的大位移贯入式驱动器


[0001]本专利技术涉及一种贯入式驱动器，具体涉及基于压致增稠效应、摩擦作用、位移放大机构作用，可实现双向运动的大位移贯入式驱动器。

技术介绍

[0002]当前科学技术的不断发展，在地理环境勘察、海底探测、深空星体着陆探查等领域，特别是在非牛顿流体环境中的行进，都对贯入式驱动器提出了更高的要求，希望贯入式驱动器能够尽可能轻巧的同时，具备更深的探测行程。传统的贯入式驱动器，其探测行程都受到驱动器自身特征长度的限制，体积过大，单方向行进且探入深度有限，不具备便携、轻巧的特点。因此有必要对贯入式驱动器进行研究，探索、设计能够实现相关功能的新型驱动原理以及驱动结构。

技术实现思路

[0003]本专利技术旨在于提供一种占用体积小，重量轻，双方向运动、贯入位移大且贯入探查时工作深度不受驱动器自身特征长度影响的贯入式驱动器，具体是基于压致增稠效应、摩擦作用和位移放大机构可进行双向运动的大位移式贯入式驱动器，并提供了贯入式驱动器的工作方法。
[0004]为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0005]一种基于压致增稠效应可双向作动的大位移贯入式驱动器，包括贯入端1，与贯入端1上端部两侧固定连接的驱动器外壳2，设置在驱动器外壳2内位于贯入端1上部的位移放大机构3，设置在位移放大机构3内的进给装置4，进给装置4一组相对的两侧与位移放大机构3内壁连接，另一组相对的两侧与驱动器外壳2内壁连接，受到驱动器外壳2的约束，还包括传动装置5，传动装置5下部的传动杆5
‑
1穿入驱动器外壳2中部通孔，底部与位移放大机构3的顶部固连，传动装置5上部的传动结构输出端5
‑
2与驱动器外壳2固定连接；贯入端1受到驱动器外壳2约束只能沿长度方向直线运动，且驱动外壳2与介质接触的周向面积大于贯入端1与介质接触的周向面积；驱动结构外壳2形成了贯入端1、位移放大机构3、进给装置4、传动装置5的安装仓；位移放大机构3包括相对驱动器外壳2运动的运动端3
‑
1和相对驱动器外壳2静止的固定端3
‑
2；进给装置4自身沿贯入式驱动器径向方向伸长或缩短，但质心只能沿着贯入式驱动器轴向方向运动；与位移放大机构的固定端3
‑
2固连，共同进行刚体运动的质量轻，包括驱动器外壳2、进给装置4和传动装置5；与位移放大机构的运动端3
‑
1固连，共同进行刚体运动的结构质量重，包括贯入端1。
[0006]所述进给装置4采用能够完成直线位移输出的驱动装置，具体采用音圈电机、直线电机、气/液动执行器、超声电机、磁致伸缩材料、电致伸缩材料或形状记忆合金及其所衍生的线性执行器。
[0007]所述位移放大机构3的放大倍数是可控制的，由横纵长度比决定；
[0008][0009][0010]其中，a为位移放大机构臂长横向分量，b为位移放大机构固定端臂长纵向分量，c为位移放大机构运动端臂长纵向分量，且c>b。
[0011]因为放大机构两侧的不对称性，即运动端臂长纵向分量c大于固定端臂长纵向分量b致使进给装置4所产生的位移经位移放大机构的固定端3
‑
2的放大倍数要大于位移放大机构的运动端3
‑
1的放大倍数。
[0012]所述驱动器外壳2内侧与贯入端外侧非平滑连接且装有密封膜，以保证介质颗粒的卡入和密封性。
[0013]所述贯入式驱动器能够工作在具有粘度随着剪切速率或剪切应力的增加展现出数量级增加的非牛顿流体或类非牛顿流体的固体颗粒运动。
[0014]所述的一种基于压致增稠效应可双向作动的大位移贯入式驱动器的工作方法，所述贯入式驱动器应用于非牛顿流体或类非牛顿流体介质中行进，提供控制进给装置4运动以提供工作能量，通过与外部非牛顿流体或类非牛顿流体介质相互作用，在反作用力的作用下朝想要的行进的方向运动；在初始工作状态，浸没入非牛顿流体或类非牛顿流体介质中，开始驱动工作前进给装置4处于最大行程状态；
[0015]当驱动器向贯入端1所在方向运动时；
[0016]驱动步骤1：给进给装置4快速加电压，进给装置4快速缩短，位移放大机构3起放大作用，位移放大机构3的固定端3
‑
2与运动端3
‑
1迅速远离；由于运动端所连接结构的质量要大于固定端所连接结构的质量，固定端所连接结构加速度要大于运动端所连结构且位移放大机构对固定端3
‑
2的放大位移要大于对运动端3
‑
1的放大位移，使固定端的移动速度要远大于运动端的移动速度；在非牛顿流体或类非牛顿流体介质压缩速率和压缩形变增加展现出数量级增加，故而在相互作用中外部介质对驱动器产生一等效的指向贯入端所在方向的力，贯入式驱动器沿等效力的方向前进；
[0017]驱动步骤2：通过缓慢降低进给装置4所加电压，控制进给装置4缓慢恢复至最大行程状态，在这一阶段中位移放大机构的固定端3
‑
2与运动端3
‑
1缓慢靠近，运动速率会远远低于驱动步骤1，贯入式驱动器两端与外部介质相互作用相等，驱动器处于平衡状态，而位移放大机构放大作用使得对固定端的回收位移要大于对运动端的回收位移，贯入式驱动器整体重心向贯入端移动，重复驱动周期信号，驱动器持续向前运动；
[0018]当驱动器向传动装置5所在方向运动时；
[0019]驱动步骤1：通过缓慢降低进给装置4所加电压，进给装置4缓慢缩短，经位移放大机构3放大作用，位移放大机构的运动端3
‑
1与固定端3
‑
2缓慢远离；在这一过程中，由于加速度低，位移放大机构的固定端3
‑
2和运动端3
‑
1运动速度小，贯入式驱动器所受到的介质反作用力接近，贯入式驱动器处于平衡状态；驱动步骤2：给进给装置4快速加电压，进给装置4快速恢复至最大行程状态，经位移放大机构3放大作用，位移放大机构的运动端3
‑
1与固定端3
‑
2迅速靠近；在这一过程中，由于与位移放大机构的运动端3
‑
1所固连共同运动的贯入端1质量大，加速度小且位移放大机构的放大位移小，与位移放大机构的固定端3
‑
2共同
运动的结构质量小，加速度大且位移放大机构的放大位移大，故与位移放大机构的运动端3
‑
1固连的贯入端运动速度小于与位移放大机构的固定端3
‑
2固连的传动结构5和驱动器外壳2运动速度；在快速回收时，驱动器外壳与介质接触面积较贯入端1的更大，受外部介质的相互摩擦作用也更大，保证传动装置4和驱动器外壳2保持在原位置不动；与运动端3
‑
1相连的贯入端1收回，贯入式驱动器的整体重心会向传动装置端移动，在此过程中驱动器会向传动装置端运动，实现贯入式驱动器的反向移动；重复驱动周期信号，完成贯入式驱动器的持续反向移动。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于压致增稠效应可双向作动的大位移贯入式驱动器，其特征在于：包括贯入端(1)，与贯入端(1)上端部两侧固定连接的驱动器外壳(2)，设置在驱动器外壳(2)内位于贯入端(1)上部的位移放大机构(3)，设置在位移放大机构(3)内的进给装置(4)，进给装置(4)一组相对的两侧与位移放大机构(3)内壁连接，另一组相对的两侧与驱动器外壳(2)内壁连接，受到驱动器外壳(2)的约束，还包括传动装置(5)，传动装置(5)下部的传动杆(5
‑
1)穿入驱动器外壳(2)中部通孔，底部与位移放大机构(3的顶部固连，传动装置(5)上部的传动结构输出端(5
‑
2)与驱动器外壳(2)固定连接；贯入端(1)受到驱动器外壳(2)约束只能沿长度方向直线运动，且驱动外壳(2)与介质接触的周向面积大于贯入端(1)与介质接触的周向面积；驱动结构外壳(2)形成了贯入端(1)、位移放大机构(3)、进给装置(4)、传动装置(5)的安装仓；位移放大机构(3包括相对驱动器外壳(2)运动的运动端(3
‑
1)和相对驱动器外壳(2)静止的固定端(3
‑
2)；进给装置(4)自身沿贯入式驱动器径向方向伸长或缩短，但质心只能沿着贯入式驱动器轴向方向运动；与位移放大机构的固定端(3
‑
2)固连，共同进行刚体运动的质量轻，包括驱动器外壳(2)、进给装置(4)和传动装置(5)；与位移放大机构的运动端(3
‑
1)固连，共同进行刚体运动的结构质量重，包括贯入端(1)。2.根据权利要求1所述的一种基于压致增稠效应可双向作动的大位移贯入式驱动器，其特征在于：所述进给装置(4)采用能够完成直线位移输出的驱动装置，具体采用音圈电机、直线电机、气/液动执行器、超声电机、磁致伸缩材料、电致伸缩材料或形状记忆合金及其所衍生的线性执行器。3.根据权利要求1所述的一种基于压致增稠效应可双向作动的大位移贯入式驱动器，其特征在于：所述位移放大机构(3)的放大倍数是可控制的，由横纵长度比决定；征在于：所述位移放大机构(3)的放大倍数是可控制的，由横纵长度比决定；其中，a为位移放大机构臂长横向分量，b为位移放大机构固定端臂长纵向分量，c为位移放大机构运动端臂长纵向分量，且c>b。4.根据权利要求1所述的一种基于压致增稠效应可双向作动的大位移贯入式驱动器，其特征在于：因为放大机构两侧的不对称性，即运动端臂长纵向分量大于固定端臂长纵向分量致使进给装置(4)所产生的位移经位移放大机构的固定端(3
‑
2)的放大倍数要大于位移放大机构的运动端(3
‑
1)的放大倍数。5.根据权利要求1所述的一种基于压致增稠效应可双向作动的大位移贯入式驱动器，其特征在于：所述驱动器外壳(2)内侧与贯入端外侧非平滑连接且装有密封膜，以保证介质颗粒的卡入和密封性。6.根据权利要求1所述的一种基于压致增稠效应可双向作动的大位移贯入式驱动器，其特征在于：能够工作在具有粘度随着剪切速率或剪切应力的增加展现出数量级增加的非牛顿流体或类非牛顿流体的固体颗粒运动。7.权利要求1至6任一项所述的一种基于压致增稠效应可双向作动的大位移贯入式驱动器的工作方法，其特征在于：所述贯入式驱动器应用于非牛顿流体或类非牛顿流体介质中行进，提供控制进给装置(4)运动以提供工...

【专利技术属性】
技术研发人员：翟崇朴，黄少琪，徐明龙，宋思扬，刘开园，魏德亨，韩文文，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：