[發明專利]一種基于形狀記憶合金的微型轉動機構

在審

• 申請號: 201811321127.8
• 申請日: 2018-11-07
• 公開（公告）號: CN109217733A
• 公開（公告）日: 2019-01-15
• 發明（設計）人: 張進峰;張豐彥
• 申請（專利權）人: 蘇州麥樂加電子科技有限公司
• 主分類號: H02N10/00
• 分類號: H02N10/00
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 陶海鋒

本發明公開了一種基于形狀記憶合金的微型轉動機構，主要由固定套和轉軸構成，其特征在于：所述轉軸外表面沿圓周方向分別設置有第一絲材和第二絲材，所述第一絲材的第一端和所述第二絲材的第一端分別固定在所述轉軸上且兩個固定點之間的距離小于轉軸周長的5%，第一絲材和第二絲材分別背向旋繞所述轉軸，并分別經固定套引出并固定，使第一絲材和第二絲材處于對拉狀態；所述第一絲材為工作在形狀記憶狀態的形狀記憶合金絲，所述第二絲材為處于超彈性狀態的形狀記憶合金絲；在所述第一絲材兩端之間連接有恒流電源。本發明適用于在狹小空間里完成小范圍的轉動，可以在醫學手術、微型機構控制等方面得到應用；方便控制轉動的具體位置，且沒有工作噪聲。

技術領域

本發明涉及一種轉動驅動機構，具體涉及一種用于小空間內實現小范圍轉動的微型轉動機構。

背景技術

轉動機構是使得被驅動的機構完成一定的旋轉或扭轉動作，從第一位置相對固定物體轉動至第二位置的裝置。轉動機構在很多場合都有應用，例如，機械胳膊的轉動，一般是靠伺服電機控制關節齒輪轉動，轉動的幅度一般依靠伺服電機上安裝的同軸光電編碼器來判斷；又如，監控攝像頭的角度調整，通過電機旋轉帶動齒輪機構轉動攝像頭的視角，獲得所要的監控圖片；再如殘障輔助用的義肢，為了幫助失去胳膊的人完成自己的手臂動作，轉動關節也是靠電機轉動帶動齒輪轉動機構，最終幫助完成需要實現的動作。

這類電機驅動的轉動機構，優勢是速度快、力量大，但缺陷是機構復雜、所需的安裝空間大、安裝麻煩，在空間狹小的地方是沒有辦法完成控制任務，而且會有一定的噪音。

在一些應用場合，例如醫學手術、微型機構控制等場合，轉動機構的可用安裝空間只有幾個毫米，要在這種狹小空間完成小范圍的轉動，現有的電機驅動方式通常難以實現。因此，需要尋求新的微型轉動機構。

發明內容

本發明的發明目的是提供一種基于形狀記憶合金的微型轉動機構，通過結構設計，實現用于小空間內的轉動驅動。

為達到上述發明目的，本發明采用的技術方案是：一種基于形狀記憶合金的微型轉動機構，主要由固定套和轉軸構成，所述轉軸外表面沿圓周方向分別設置有第一絲材和第二絲材，所述第一絲材的第一端和所述第二絲材的第一端分別固定在所述轉軸上且兩個固定點之間的距離小于轉軸周長的5%，第一絲材和第二絲材分別背向旋繞所述轉軸，并分別經固定套引出并固定，使第一絲材和第二絲材處于對拉狀態；所述第一絲材為工作在形狀記憶狀態的形狀記憶合金絲，所述第二絲材為處于超彈性狀態的形狀記憶合金絲；在所述第一絲材兩端之間連接有恒流電源。

上述技術方案中，利用形狀記憶合金分別制作處于不同狀態的第一絲材和第二絲材。形狀記憶合金是一種新型的功能材料，最常用的是Ni-Ti合金，按照一定比例冶煉及熱處理。 在一定的溫度下使其按照所需的要求進行規定范圍內的變形、加熱、冷卻，其可以體現出多種形狀變化及形狀恢復的特性，通常稱為形狀記憶效應和超彈性，實際內部結構是馬氏體和奧氏體之間的轉變變化。當加熱到特征溫度即奧氏體相變終了溫度,則可以恢復到拉伸前的狀態而對外輸出力和位移，超彈性指在當前溫度大于奧氏體轉變結束溫度點的時候，在一定的拉力范圍內體現出線性彈性的特征。本發明分別使用處于形狀記憶狀態的形狀記憶合金絲作為第一絲材，處于超彈性狀態的形狀記憶合金絲作為第二絲材，兩者相背設置，形成對拉狀態。形狀記憶狀態的合金克服彈性狀態的絲材轉軸就順時針旋轉，彈性狀態的絲材克服形狀記憶狀態的合金轉軸就逆時針旋轉。形狀記憶狀態為主動控制絲，通過對形狀記憶狀態絲的控制完成對旋轉軸的控制。

進一步的技術方案，在所述第一絲材的兩端之間連接有電壓測量模塊，設有控制模塊，所述電壓測量模塊的輸出連接至控制模塊的輸入端，根據檢測電壓值獲得第一絲材的當前電阻值，據此通過控制恒流電源的輸出電流值控制轉動位置。

優選的技術方案，在所述轉軸的表面開設有周向布置的安裝槽，所述第一線材和所述第二線材分別位于所述安裝槽內，第一線材和第二線材表面分別包覆有絕緣層。這樣可以保證線材處于安裝槽內，不會在拉伸和收縮過程中發生偏移。