本发明专利技术公开了一种基于温控相变材料的主动驱动装置，包括：相变材料驱动机构和主动控制机构；相变材料驱动机构包括相变材料和机械驱动机构；相变材料载置于机械驱动机构中；机械驱动机构响应于相变材料在相变时的热胀冷缩驱动外部目标移动；主动控制机构用于检测相变材料实时温度，根据相变材料实时温度以及目标驱动位移量利用预设数学模型确定相变材料目标温度，并利用温控模块控制相变材料实时温度向相变材料目标温度逼近；预设数学模型是关于相变材料实时温度、相变材料目标温度以及目标驱动位移量的数学模型。本发明专利技术基于相变材料实现了精确、动态地控制外部目标的位移量。动态地控制外部目标的位移量。动态地控制外部目标的位移量。
【技术实现步骤摘要】
一种基于温控相变材料的主动驱动装置
[0001]本专利技术属于驱动器
，具体涉及一种基于温控相变材料的主动驱动装置。
技术介绍
[0002]驱动器是一种将其他能量转换为机械能的装置。现有的驱动器通常以压电或者电磁形式驱动，很难同时兼顾强作用力和大形变量。
[0003]在较新的研究中，基于形状记忆合金的驱动器可以同时兼顾强作用力和大形变量，但是由于形状记忆合金的加热温度高且基于形状记忆合金的驱动器往往结构都很复杂，因此限制了其在高功率驱动器方面的应用。
技术实现思路
[0004]为了解决现有技术中所存在的上述问题，本专利技术提供了一种基于温控相变材料的主动驱动装置。
[0005]本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
[0006]一种基于温控相变材料的主动驱动装置，包括：
[0007]相变材料驱动机构；所述相变材料驱动机构包括：相变材料和机械驱动机构；所述相变材料载置于所述机械驱动机构中；所述机械驱动机构响应于所述相变材料在相变时的热胀冷缩驱动外部目标移动；
[0008]主动控制机构；所述主动控制机构用于检测相变材料实时温度，根据所述相变材料实时温度以及目标驱动位移量利用预设数学模型确定相变材料目标温度，并基于所述预设数学模型控制所述相变材料实时温度向所述相变材料目标温度逼近；其中，所述预设数学模型是关于相变材料实时温度、相变材料目标温度以及目标驱动位移量的数学模型。
[0009]可选地，所述机械驱动机构，包括：
[0010]缸体；所述相变材料被载置于所述缸体内部的一侧；
[0011]活塞；所述活塞位于所述缸体内部的另一侧并与所述缸体的内壁滑动接触，以响应于所述相变材料的热胀冷缩在所述缸体内部滑动；
[0012]驱动杆；所述驱动杆一端伸入所述缸体内并与所述活塞固定连接，另一端从所述缸体内部的所述另一侧伸出所述缸体；
[0013]两个弹簧底座；所述两个弹簧底座均位于所述缸体内，其中一个与所述活塞固定连接，另一个与所述驱动杆远离所述活塞的一端滑动连接；
[0014]回复弹簧；所述回复弹簧被压缩布置在所述两个弹簧底座之间，且套设在所述驱动杆上。
[0015]可选地，所述预设数学模型为：
[0016][0017]其中，μ表示预设的等压体积膨胀系数，表示预设的等温体积压缩系数，T表示所述相变材料实时温度，T0表示T向所述相变材料目标温度逼近的过程中所要达到的阶段性温度，V表示所述相变材料对应于T的体积；d表示缸体的内部直径，所述缸体是所述机械驱动机构中用于载置相变材料的缸体；f表示已知的外部目标对所述驱动杆产生的负载力，x表示驱动位移量向所述目标驱动位移量逼近的过程中所要达到的阶段性位移量；k表示回复弹簧的弹簧系数，所述回复弹簧是所述机械驱动机构中响应于所述相变材料的热胀冷缩而伸缩的弹簧。
[0018]可选地，所述主动控制机构，包括：
[0019]温度检测模块；所述温度检测模块用于检测相变材料实时温度；
[0020]加温模块；所述加温模块用于对所述相变材料加温；
[0021]减温模块；所述减温模块用于对所述相变材料减温；
[0022]温控模块；所述温控模块用于根据所述相变材料实时温度以及目标驱动位移量利用预设数学模型确定相变材料目标温度，并基于所述预设数学模型控制所述加温模块和所述减温模块分时工作，以使所述相变材料实时温度向所述相变材料目标温度逼近。
[0023]可选地，所述温度检测模块包括温度传感器；所述温度传感器安装于所述相变材料附近以检测相变材料实时温度；
[0024]所述加温模块包括加热带；所述加热带缠绕于所述缸体外壁；
[0025]所述减温模块包括冷风机；所述冷风机用于向所述缸体内部相变材料不可接触的空间吹风；所述缸体对应所述空间的部分设有排风结构。
[0026]可选地，所述温控模块，根据所述相变材料目标温度控制所述加温模块和所述减温模块分时工作，包括：
[0027]响应于所述相变材料目标温度高于所述相变材料实时温度，基于预设数学模型控制所述加温模块工作；
[0028]响应于所述相变材料目标温度低于所述相变材料实时温度，基于预设数学模型控制所述减温模块工作。
[0029]可选地，所述机械驱动机构，还包括：密封圈；
[0030]所述密封圈周向嵌合于所述活塞与所述缸体的内壁之间，以确保所述活塞与所述缸体的内壁之间的密封性。
[0031]可选地，所述机械驱动机构，还包括：端盖；
[0032]所述端盖铆接在所述缸体外部的一端形成缸体维护端；
[0033]所述缸体维护端设有开孔，所述开孔配有带耐热密封垫的密封螺钉。
[0034]可选地，所述缸体采用传热速率＞381W/(m
·
k)的合金材料制成。
[0035]可选地，还包括：控制面板；
[0036]所述控制面板与所述温控模块电连接；
[0037]所述控制面板，用于接收用户输入的所述相变材料的相变温度范围，还用于显示相变材料实时温度以及所述温控模块的工作状态。
[0038]本专利技术提供的基于温控相变材料的主动驱动装置中，利用了相变材料在相变温度附近具有很大的体膨胀系数的特点，发掘了相变材料在高功率驱动器方面的应用潜力。其中，相变材料的加热温度低、变形率大、输出力大，在响应时间和功率方面均比形状记忆合
金更加优越，因此本专利技术提供的基于温控相变材料的主动驱动装置比基于形状记忆合金的驱动器更适合应用于高功率驱动场景中。并且，本专利技术利用预设数学模型可以根据相变材料实时温度以及目标驱动位移量确定相变材料目标温度，从而基于该预设数学模型控制相变材料实时温度向相变材料目标温度逼近，使得相变材料的体积变化满足目标驱动位移量，实现了精确、动态地控制外部目标的位移量。
[0039]以下将结合附图及对本专利技术做进一步详细说明。
附图说明
[0040]图1是本专利技术实施例提供的一种基于温控相变材料的主动驱动装置的结构示意图；
[0041]图2是本专利技术实施例中的主动控制机构的温度控制逻辑的示意图；
[0042]图3是本专利技术实施例中的温控模块与加热带、冷风机等的电连接关系示意图。
具体实施方式
[0043]下面结合具体实施例对本专利技术做进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。
[0044]本专利技术实施例提供了一种基于温控相变材料的主动驱动装置，利用了相变材料在相变温度附近具有很大的体膨胀系数的特点，发掘了相变材料在高功率驱动器方面的应用潜力。
[0045]本专利技术实施例提供的该主动驱动装置包括：相变材料驱动机构和主动控制机构；其中，相变材料驱动机构包括：相变材料和机械驱动机构；相变材料载置于机械驱动机构中；机械驱动机构响应于相变材料在相变时的热胀冷缩驱动外部目标移动；主动控制机构用于检测相变材料实时温度，根据相变材料实时温度以及目标驱动位移量利用预设数学模型确定相本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于温控相变材料的主动驱动装置，其特征在于，包括：相变材料驱动机构；所述相变材料驱动机构包括：相变材料和机械驱动机构；所述相变材料载置于所述机械驱动机构中；所述机械驱动机构响应于所述相变材料在相变时的热胀冷缩驱动外部目标移动；主动控制机构；所述主动控制机构用于检测相变材料实时温度，根据所述相变材料实时温度以及目标驱动位移量利用预设数学模型确定相变材料目标温度，并基于所述预设数学模型控制所述相变材料实时温度向所述相变材料目标温度逼近；其中，所述预设数学模型是关于相变材料实时温度、相变材料目标温度以及目标驱动位移量的数学模型。2.根据权利要求1所述的基于温控相变材料的主动驱动装置，其特征在于，所述机械驱动机构，包括：缸体；所述相变材料被载置于所述缸体内部的一侧；活塞；所述活塞位于所述缸体内部的另一侧并与所述缸体的内壁滑动接触，以响应于所述相变材料的热胀冷缩在所述缸体内部滑动；驱动杆；所述驱动杆一端伸入所述缸体内并与所述活塞固定连接，另一端从所述缸体内部的所述另一侧伸出所述缸体；两个弹簧底座；所述两个弹簧底座均位于所述缸体内，其中一个与所述活塞固定连接，另一个与所述驱动杆远离所述活塞的一端滑动连接；回复弹簧；所述回复弹簧被压缩布置在所述两个弹簧底座之间，且套设在所述驱动杆上。3.根据权利要求1所述的基于温控相变材料的主动驱动装置，其特征在于，所述预设数学模型为：其中，μ表示预设的等压体积膨胀系数，表示预设的等温体积压缩系数，T表示所述相变材料实时温度，T0表示T向所述相变材料目标温度逼近的过程中所要达到的阶段性温度，V表示所述相变材料对应于T的体积；d表示缸体的内部直径，所述缸体是所述机械驱动机构中用于载置相变材料的缸体；f表示已知的外部目标对所述驱动杆产生的负载力，x表示驱动位移量向所述目标驱动位移量逼近的过程中所要达到的阶段性位移量；k表示回复弹簧的弹簧系数，所述回复弹簧是所述机械驱动机构中响应于所述相变材料的热胀冷缩而伸缩的弹簧。4.根据权利要求2所述的基于温控相变材料的主动驱动装置，其特征在于，所述主动控制机构，包括：温度检测模块；所述温度检测模块用于检测相变材料实...
【专利技术属性】
技术研发人员：彭任良，蔡飞超，吴芷涵，孟江涛，陈超，赵振民，单航，李江红，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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