一種姿態(tài)控制裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種姿態(tài)控制裝置，包括支撐架，所述支撐架包括兩個以上的彈簧座，彈簧座上下布置，相鄰兩個彈簧座之間豎直設(shè)置有兩根以上的彈簧，彈簧的材料為雙程記憶合金，彈簧的上下兩端分別固定連接在與其相鄰的上下兩個彈簧座上，相鄰兩個彈簧座之間通過萬向聯(lián)軸器連接在一起，每個萬向聯(lián)軸器的上端和下端分別固定連接在其上方和下方的彈簧座上。本發(fā)明不僅具有驅(qū)動力大、結(jié)構(gòu)簡單、可反復(fù)使用、可靠性高、可長時間工作、成本低、噪聲低、便于安裝等優(yōu)點，而且具有類生物姿態(tài)控制的優(yōu)異性能和簡潔緊湊的結(jié)構(gòu)，雙程記憶合金彈簧的柔性好，保證姿態(tài)控制裝置的抗沖擊性。
【專利說明】_種姿態(tài)控制裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種姿態(tài)控制裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]在姿態(tài)控制【技術(shù)領(lǐng)域】，目前國內(nèi)外對姿態(tài)控制裝置的驅(qū)動方式多采用火藥驅(qū)動、 電磁驅(qū)動或電機驅(qū)動等方式,火藥驅(qū)動存在不可重復(fù)使用、不具備測試性、價格昂貴等缺 陷；電磁驅(qū)動長時間振動后存在工作電壓偏大和運動件之間相互粘連問題；電機驅(qū)動存在 體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等缺陷；為解決姿態(tài)控制【技術(shù)領(lǐng)域】驅(qū)動方式中存在的問題，一些智能材 料，如介電彈性體等被研究用來實現(xiàn)姿態(tài)控制驅(qū)動。瑞士聯(lián)邦材料測試和研究實驗室的 Silvain Michel應(yīng)用介電彈性體制作了飛艇的左右尾舵和升降舵，研究實現(xiàn)了飛艇的飛行 控制，該飛艇能實現(xiàn)30°的偏轉(zhuǎn)、產(chǎn)生力矩2· 76N · cm，但是該技術(shù)存在驅(qū)動電壓需要高達(dá) 幾千伏、驅(qū)動力小等缺點。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明的目的在于提供一種姿態(tài)控制裝 置，該姿態(tài)控制裝置具有驅(qū)動電壓低、驅(qū)動力大、結(jié)構(gòu)簡單、可反復(fù)使用、可靠性高、可長時 間工作、成本低、便于安裝等優(yōu)點。
[0004] 為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種姿態(tài)控制裝置，包括支撐 架，所述支撐架包括兩個以上的彈簧座，彈簧座上下布置，相鄰兩個彈簧座之間設(shè)置有萬向 聯(lián)軸器及兩根以上豎直的彈簧，彈簧的材料為雙程記憶合金，彈簧的上下兩端分別固定連 接在與其相鄰的上下兩個彈簧座上，相鄰兩個彈簧座之間通過萬向聯(lián)軸器連接在一起，每 個萬向聯(lián)軸器的上端和下端分別固定連接在其上方和下方的彈簧座上。
[0005] 優(yōu)選地，每根彈簧均通過隔熱套與彈簧座相連，隔熱套固定連接在彈簧座上，每根 彈簧的端部均固定連接在隔熱套上。
[0006] 優(yōu)選地，每根彈簧均螺紋連接在隔熱套的內(nèi)壁上。
[0007] 優(yōu)選地，所述隔熱套的內(nèi)腔設(shè)置有隔斷臺，隔斷臺將隔熱套的內(nèi)腔分隔成上腔和 下腔。
[0008] 優(yōu)選地，所述隔熱套為微晶玻璃陶瓷。
[0009] 優(yōu)選地，所述彈簧座整體呈圓盤狀。
[0010] 優(yōu)選地,彈簧由CuZnAl雙程記憶合金材料制成,其表面鍛錫。
[0011] 優(yōu)選地，相鄰兩個彈簧座之間設(shè)置的彈簧的數(shù)量為2?6個。
[0012] 優(yōu)選地，所述彈簧為加熱時伸長的雙程記憶合金彈簧，相鄰兩個彈簧座之間的每 根彈簧的預(yù)拉伸量為10%?30%。
[0013] 優(yōu)選地，所述彈簧為加熱時縮短的雙程記憶合金彈簧，相鄰兩個彈簧座之間的每 根彈簧的預(yù)壓縮量為10%?30%。
[0014] 總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有 益效果：
[0015]本發(fā)明米用雙程記憶合金材料的彈簧作為姿態(tài)控制執(zhí)行件，初始狀態(tài)，姿態(tài)控制 裝置兩側(cè)的彈簧抗力相同，故姿態(tài)控制裝置處于平衡狀態(tài)，當(dāng)給一側(cè)的彈簧通電加熱時，在 熱激勵下彈簧發(fā)生相變，另一側(cè)的預(yù)拉伸或預(yù)壓縮的彈簧具有回復(fù)到原長的趨勢，姿態(tài)控 制裝置兩側(cè)的彈簧抗力失衡，故姿態(tài)控制裝置向一側(cè)運動。當(dāng)通電加熱的激勵撤去后，彈簧 又能恢復(fù)到原來兩側(cè)的彈簧抗力相同的狀態(tài)，姿態(tài)控制裝置重新回到原來平衡狀態(tài)。本發(fā) 明不僅具有驅(qū)動力大、結(jié)構(gòu)簡單、可反復(fù)使用、可靠性高、可長時間工作、成本低、噪聲低、便 于女裝等優(yōu)點，而且具有類生物姿態(tài)控制的優(yōu)異性能和簡潔緊湊的結(jié)構(gòu)，雙程記憶合金彈 簧的柔性好，保證姿態(tài)控制裝置的抗沖擊性。
[0016]另外，如果彈簧座的數(shù)量為三個以上，則姿態(tài)控制裝置的姿態(tài)控制范圍可以由多 個彈簧座的姿態(tài)控制范圍累加而成，彈簧座越多，姿態(tài)控制裝置姿態(tài)控制范圍就越大，姿態(tài) 控制裝置的柔性就越大，其姿態(tài)控制靈活性就越高，本姿態(tài)控制裝置具有類生物的優(yōu)異性 能和簡潔緊湊的結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了仿生驅(qū)動和柔性驅(qū)動。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018] 圖2為本發(fā)明平衡狀態(tài)下的示意圖；
[0019] 圖3為本發(fā)明姿態(tài)控制后的示意圖；
[0020] 圖4為本發(fā)明中隔熱套的剖視圖。

【具體實施方式】
[0021]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要 彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0022] 如圖1?圖3所示，一種姿態(tài)控制裝置，包括支撐架丨，所述支撐架i包括兩個以 上的彈簧座11，彈簧座11上下布置，相鄰兩個彈簧座11之間設(shè)置有萬向聯(lián)軸器12及兩根 以上豎直的彈簧2,彈簧2的材料為雙程記憶合金，優(yōu)選地，彈簧2由CuZnAl雙程記憶合金 材料制成，其表面鍍錫。彈簧2的上下兩端分別固定連接在與其相鄰的上下兩個彈簧座 n 上，相鄰兩個彈簧座11之間通過萬向聯(lián)軸器12連接在一起，每個萬向聯(lián)軸器12的上端和 下端分別固定連接在其上方和下方的彈簧座11上，萬向聯(lián)軸器12能夠各個方向轉(zhuǎn)動，從而 能夠帶動彈簧座11各個方向轉(zhuǎn)動。優(yōu)選地，所述彈簧座11整體呈圓盤狀，這樣彈簧座11 在萬向聯(lián)軸器12的帶動下，可以在多個方向上進(jìn)行姿態(tài)控制，姿態(tài)控制裝置的靈活性比較 尚。
[0023] 圖1?圖3示出的為三個彈簧座11時的情況。使用時，還可以進(jìn)行擴展。在最上 方和最下方的彈簧座11上疊加彈簧2、萬向聯(lián)軸器12及彈簧座11等。如果把一個彈簧座 11、連接在一個彈簧座11某一端上的萬向聯(lián)軸器12、多根彈簧2及多個隔熱套3看作一個 作動單元，則這些作動單元可以進(jìn)行疊加安裝，這樣姿態(tài)控制裝置就可以有N個作動單元 工作（其中N為正整數(shù)）。
[0024]進(jìn)一步，每根彈簧2均通過隔熱套3與彈簧座11相連，隔熱套3固定連接在彈簧 座11上，每根彈簧2的端部均固定連接在隔熱套3上，隔熱套3的材料為可加工的微晶玻璃 陶瓷。作為優(yōu)選，每根彈簧2均螺紋連接在隔熱套3的內(nèi)壁上。參照圖 4,所述隔熱套3的 內(nèi)腔設(shè)置有隔斷臺31，隔斷臺31將隔熱套3的內(nèi)腔分隔成上腔和下腔。隔熱套3 ^外側(cè)設(shè) 置有外螺紋，內(nèi)側(cè)設(shè)置有內(nèi)螺紋，隔熱套3的外側(cè)螺紋連接在彈簧座u上，^內(nèi)側(cè)螺紋連接 彈簧2。如果上下相對的兩根彈簧 2安裝在同一個隔熱套3內(nèi)，則隔熱套；^內(nèi)的隔斷臺31 可以防止其內(nèi)連接的兩根彈簧2相互擠壓而影響預(yù)伸長量或預(yù)壓縮量。由于彈簧2會進(jìn)行 加熱升溫，因此隔熱套3能有效防止彈簧 2上的熱量擴散到其它的零件上，以防影響其它零 件的正常使用。
[0025]進(jìn)一步，相鄰兩個彈簧座11之間設(shè)置的彈簧2的數(shù)量為2?6個，這些彈簧2分 成兩列設(shè)置在彈簧座11上，這樣比較容易控制彈簧座11的轉(zhuǎn)動方向，彈簧座11的轉(zhuǎn)動比 較準(zhǔn)確，不易發(fā)生晃動及偏離預(yù)定位置，而且也有助于提高姿態(tài)控制裝置的驅(qū)動力。作為一 種優(yōu)選，如果將彈簧2的數(shù)量設(shè)置為4個，則這4個彈簧排列在一正方形的四個頂點上，這 樣圓盤狀的彈簧座11可以在多個方向自由進(jìn)行姿態(tài)控制。
[0026]進(jìn)一步，作為一種選擇，所述彈簧2可以為加熱時高溫伸長的CuZnAl記憶合金材 料制成，其處于伸長狀態(tài)的相變溫度為80°C?95°C，相鄰兩個彈簧座U之間的每根彈簧 2 的預(yù)拉伸量為10%?30%?；蛘撸鳛榱硪环N選擇，所述彈簧2可以為加熱時高溫縮短的 CuZnAl記憶合金彈簧，其處于縮短狀態(tài)的相變溫度為65°C?85°C，相鄰兩個彈簧座11之間 的每根彈簧2的預(yù)壓縮量為10%?30%。每根彈簧2在安裝時先進(jìn)行預(yù)拉伸或預(yù)壓縮，這 樣便于通電加熱后其快速帶動彈簧座11運動，這種結(jié)構(gòu)會顯著提高姿態(tài)控制裝置的響應(yīng) 速度、驅(qū)動力和姿態(tài)控制角度，有助于提髙工作效率。
[0027] 本發(fā)明姿態(tài)控制裝置采用雙程記憶合金材料的彈簧2作為姿態(tài)控制執(zhí)行件，初始 狀態(tài)，姿態(tài)控制裝置兩側(cè)的彈簧2抗力相同，故姿態(tài)控制裝置處于平衡狀態(tài)，彈簧座i i不姿 態(tài)控制。當(dāng)給一側(cè)的彈簧2通電加熱時，在熱激勵下彈簧2發(fā)生相變，另一側(cè)的預(yù)拉伸或預(yù) 壓縮的彈簧2具有回復(fù)到原長的趨勢，姿態(tài)控制裝置兩側(cè)的彈簧2抗力失衡，故姿態(tài)控制裝 置向一側(cè)運動。當(dāng)通電加熱的激勵撤去后，彈簧2又能恢復(fù)到原來兩側(cè)的彈簧2抗力相同 的狀態(tài)，姿態(tài)控制裝置重新回到原來平衡狀態(tài)。本發(fā)明不僅具有驅(qū)動力大、結(jié)構(gòu)簡單、可反 復(fù)使用、可靠性高、可長時間工作、成本低、噪聲低、便于安裝等優(yōu)點，而且具有類生物的優(yōu) 異性能和簡潔緊湊的結(jié)構(gòu)，彈簧 2的柔性好，保證姿態(tài)控制裝置的抗沖擊性。
[0028]如果彈簧座11的數(shù)量為三個以上，則最下方的彈簧座11不能姿態(tài)控制，在上的所 有彈簧座11均能姿態(tài)控制,姿態(tài)控制裝置的姿態(tài)控制角度可以由多個彈簧座11的姿態(tài)控 制角度累加而成，彈簧座11越多，姿態(tài)控制裝置姿態(tài)控制角度就越大，姿態(tài)控制裝置的柔 性就越大，其姿態(tài)控制靈活性就越高，本姿態(tài)控制裝置具有類生物的優(yōu)異性能和簡潔緊湊 的結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了仿生驅(qū)動和柔性驅(qū)動。
[0029]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以 限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含 在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種姿態(tài)控制裝置，包括支撐架（1)，其特征在于：所述支撐架Q)包括兩個以上的 彈簧座（11)，彈簧座（11)上下布置，相鄰兩個彈簧座 （11)之間設(shè)置有萬向聯(lián)軸器（12)及 兩根以上豎直的彈簧（2)，彈簧（2)的材料為雙程記憶合金，彈簧 （2)的上下兩端分別固 定連接在與其相鄰的上下兩個彈簧座（11)上，相鄰兩個彈簧座（n)之間通過萬向聯(lián)軸器 (12)連接在一起，每個萬向聯(lián)軸器（12)的上端和下端分別固定連接在其上方和下方的彈 簧座（11)上。
2·根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種姿態(tài)控制裝置，其特征在于：每根彈簧（2)均通過隔熱 套（3)與彈簧座（11)相連，隔熱套（3)固定連接在彈簧座（n)上，每根彈簧（2)的端部均 固定連接在隔熱套（3)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種姿態(tài)控制裝置，其特征在于：每根彈簧（2)均螺紋連接 在隔熱套（3)的內(nèi)壁上。 4:根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種姿態(tài)控制裝置，其特征在于：所述隔熱套（3)的內(nèi)腔設(shè) 置有隔斷臺（31)，隔斷臺C31)將隔熱套（3)的內(nèi)腔分隔成上腔和下腔。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種姿態(tài)控制裝置，其特征在于：所述隔熱套（3)為微晶玻 璃陶瓷。 6_根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種姿態(tài)控制裝置，其特征在于：所述彈簧座（11)整體呈圓 盤狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種姿態(tài)控制裝置，其特征在于：彈簧（2)由CuZnAl雙程記 憶合金材料制成,其表面鍍錫。 8_根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種姿態(tài)控制裝置，其特征在于：相鄰兩個彈簧座（11)之間 設(shè)置的彈簧（2)的數(shù)量為2?6個。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種姿態(tài)控制裝置，其特征在于：所述彈簧（2)為加熱時伸 長的雙程記憶合金彈簧，相鄰兩個彈簧座（11)之間的每根彈簧（2)的預(yù)拉伸量為10%? 30%。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種姿態(tài)控制裝置，其特征在于：所述彈簧（2)為加熱時縮 短的雙程記憶合金彈簧，相鄰兩個彈簧座（11)之間的每根彈簧（2)的預(yù)壓縮量為10%? 30%。
【文檔編號】G05D1/08GK104216413SQ201410466915
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月15日
【發(fā)明者】李響, 袁長宏, 李振華 申請人:湖北三江航天紅林探控有限公司