本发明涉及的是一种驱动传感控制技术领域的 装置， 具体是一种基于永磁、磁致伸縮和压 电等材料或器件复合作用的自驱动关节。

背景技术

传统的关节机构都为被动驱动的关节装置， 其功能只为连接和传动功能。 启动过过程的实 现需要外部电机作用方能实现。 经过对现有技术的检索发现， 中国专利号 20092025552. 3， 记 载了一种 "机械关节"， 该技术由于只是一种单纯的机械机构， 结构相对复杂， 组成部件多。 类似的关节装置， 其动作过程需要与外部电机配合使用， 动作程度或过程通常也只能通过外部 传感系统来实现。 因此， 这类关节不适合制造结构紧凑， 关节数量多， 并且要求实现主动驱动 和传感控制的应用领域。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足， 提供一种自驱动关节， 该装置结构紧凑、 结构强度 高， 关节自身为驱动动力源， 具有自传感自驱动智能特性； 该关节装置可以方便实现在带动负 载情况下的任意可控角度的转动， 并且转动角度可以被自身传感装置实时检测； 能够适合于大 型阵列式自展开机构， 机器人关节， 旋转驱动控制机构， 运动操作系统驱动部件， 智能开关门 窗， 智能开关机构， 智能合页机构等等。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包 括：套管、磁感装置和磁场产生装置，其中： 磁感装置沿套管轴心转动设置于套管内部， 磁场产生装置固定设置于套管外部。

所述的磁场产生装置包括： 磁致伸縮压电传感装置及其对应电磁线圈， 其中： 若干对极性 相反的电磁线圈相对设置于套管的外壁， 磁致伸縮压电传感装置固定设置于套管的侧壁 上。

所述的电磁线圈的内部设有轭铁；

所述的磁场产生装置也可以通过一块或若干块 嵌装于套管的外部永磁体实现；

所述的磁场产生装置的个数为一组或多组，该 磁场产生装置具体为沿套管的轴向方向上并 行布置。

所述的套管由导磁材料体和不导磁材料体制成 的若干块弧形半开口管组成。

所述的磁感装置为结构永磁体或电磁体， 其中：

所述的结构永磁体包括： 永磁转子和转动输出棒体， 其中： 永磁转子套接于转动输出棒体 上， 转动输出棒体固定设置于套管的轴心位置。

所述的电磁体包括： 结构电磁线圈和结构轭铁， 其中： 结构轭铁套接于转动输出棒体上， 结构电磁线圈设置于结构轭铁上。

所述的磁感装置的个数为一组或多组，该磁感 装置为沿套管的轴向方向或径向方向上并行 布置。

本装置可实现自转动驱动而带动连带机构或负 载产生动作，并且驱动动作过程和程度即转 动角度可以被感知， 从而通过计算机控制， 使该关节自身的驱动和传感功能共同作用而实 现智 能自驱动关节系统。

与现有技术相比， 本发明具有以下优点： 实现了一种由关节内部自驱动的关节装置； 实现 了驱动和传感一体化的智能环节； 关节结构简单， 组成部件少， 体积相对较小， 结构强度高； 电磁永磁复合作用， 驱动效率高， 驱动负载能力强； 可以实现旋转输出方向的振动主动控制和 利用电磁与永磁， 以及永磁与导磁材料之间的相互做作用， 而形成主动阻尼， 以方便实现振动 主动控制功能。 与传感装置相配合， 该关节具有实现转动驱动自适应控制， 或振动自适应控制 的潜力。

基于以上优点， 本发明的智能自驱动关节可用于大型阵列式自 展开机构， 机器人关节， 旋 转驱动控制机构，运动操作系统驱动部件，智 能开关门窗，智能开关机构，智能合页机构等 等。

附图说明

图 1为实施例 1示意图。

图 2为关节初始装配结构及电磁加载初始时刻结� �永磁体位置示意图。

图 3为关节中结构永磁体在电磁加载过程偏转位� � /过程示意图。

图 4为关节中结构永磁体在电磁加载结束时刻偏� �位置示意图。

图 5为间隔任意角度两对电磁极作用的关节结构� �意图。

图 6为间隔 90度（或其他角度）两个电磁极作用的关节结� ��示意图。

图 7为异型结构永磁体关节示意图。

图 8为轭铁与套管和线圈结构装配关系示意图。

图 9为结构永磁体换为结构电磁线圈的结构组成� �意图。

图 10为结构永磁体换为结构电磁线圈时， 外部永磁体嵌入外环体中时结构示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明， 本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实 施， 给 出了详细的实施方式和具体的操作过程， 但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例 1 如图 1示， 本发明智能自驱动关节包括： 套管 1、 由结构永磁体 3和与之固定相连的转动 输出棒体 4组成的磁感装置以及由电磁线圈 6、 紧固件 7、 磁致伸缩材料体 8紧压在压电或压 应变材料连体 9组成的磁场产生装置， 其中： 磁感装置沿套管 1轴心转动设置于套管 1内部， 磁场产生装置固定设置于套管 1外部， 一对极性相反的电磁线圈 6相对设置于套管 1的外壁， 由紧固件 7、 磁致伸縮材料体 8紧压在压电或压应变材料连体 9组成的磁致伸缩压电传感装置 嵌于套管 1的侧壁上。

所述的套管 1为导磁材料体 2和不导磁材料体 11固接的复合材料套管；

所述的结构永磁体 3为与套管 1同轴的旋转体， 置于套管中间；

如图 2所示，所述的电磁线圈 6的内部设有第一轭铁 5，装配初始位置时，第一轭铁 5两端 与套管 1上的导磁材料体 2、 结构永磁体 3串接在同一磁路方向上。

如图 8所示， 所述的第一轭铁 5的两个输出端相对设置于套管 1的上下两侧；

所述的磁致伸缩压电传感装置中： 由紧固件 7调整安装间隙并将磁致伸縮材料体 8紧压在 压电或压应变材料连体 9上并最终以整体形式固定在套管 1的侧壁镂空部位，并在磁致伸縮作 用方向无间隙地卡紧在套管 1中。

工作时， 如图 2所示， 根据该装配组成和结构形式， 所述自驱动关节， 初始装配位置时， 套管 1中的结构永磁体 3的一个磁极与套管 1上的导磁材料体 2吸附而位置固定，结构永磁体 3的另一个磁极由于与套管 1的非导磁材料体 11相邻而不被吸附，结构永磁体 3因此可以被吸 附和固定在套管 1的导磁材料体 2上， 即可以固定在套管 1中间。对围绕第一轭铁 5的电磁线 圈 6通电（其套管外部的一般结构形式如图 8所示)， 则在第一轭铁 5两端面产生磁场， 该磁 场的大小可以通过控制线圈 6电流的大小来控制。对第一轭铁 5上的线圈 6施加电流， 当通入 电流的方向正确， 电流强度足够大时， 与套管 1上导磁材料体 2外圆面相接的第一轭铁 5端所 产生的磁场力与套管 1上导磁材料体 2内圆面吸附的结构永磁体 3的磁场力相斥，直至抵消初 始永磁吸力，此时永磁结构体 3与套管 1脱离，如果继续增加线圈 6电流强度， 由于同极相斥, 异极相吸的磁力作用， 结构永磁体 3将会在第一轭铁 5电磁力作用下发生偏转， 如图 3所示， 直至 180度偏转后， 即电磁场方向与结构永磁体 3磁场方向同向时， 结构永磁体 3偏转停止。 此刻， 如果断开第一轭铁 5上电磁线圈 6的电流， 电磁场消失， 此时结构永磁体 3靠近套管 1 上导磁材料体 2的一端与导磁材料体 2再次吸合而定位不动， 如图 4所示。

以上过程中， 固连在结构永磁体 3上的转动输出棒体 4随结构永磁体 3转动 180度， 并且 能够将该电磁 -永磁复合磁场转矩通过转动输出棒体 3传导到关节外部需要控制带动的机构上 去， 从而实现 180度偏转转动及其电磁控制驱动的效果。

同理， 根据以上工作方式的作用过程， 如果再给第一轭铁 5的电磁线圈 6通入与之前反方 向的电流，且当电流强度足够大时，结构永磁 体 3将会发生反向 180度（或继续的正向 180度） 旋转， 直至结构永磁体 3回到初始装配位置， 断电， 位置复原。

至此， 关节的 180度旋转驱动和复原驱动两个典型工作过程能 够得以实现。

实施例 2

本实施例在实施例 1的基础上增加第二对电磁线圈 11以及第二轭铁 10， 其中： 第二对极 性相反的电磁线圈 11与第一对极性相反的电磁线圈 6交错设置于套管 1的外壁。

实施例 2工作时通过首先对第一轭铁 5上的电磁线圈通电抵消初始的结构永磁体 3作用在 套管 1中导磁材料体 2上的永磁吸力， 然后通过对第二轭铁 10的电磁线圈 11加反向电流， 并 且在磁第一轭铁 5电磁斥力以及第二轭铁 10的电磁吸力共同作用下， 结构永磁体 3发生对应 于第二轭铁 10摆放角度的偏转， 并由于第二轭铁 10的吸力而止动在第二轭铁 10的磁力线方 向上。 同理， 交换以上两个轭铁磁极的通电电流方向， 结构永磁体 3将发生回转， 而回复至初 始位置。

所述的电磁线圈以及轭铁的数目可进一步增加 以形成多角度或角度细分的旋转驱动和控 制。

实施例 3

如图 6所示， 本实施例采用剖面为 L字形结构的第一轭铁 5;

本实施例工作时， 其所有组成要件和驱动动作方式与实施方式 1相同， 只是对于本工作方 式情况， 第一轭铁 5的两端面法线呈 90度角； 初始位置时， 第一轭铁 5的一个端面法线与结 构永磁体 3长度方向的轴线重合（/垂直）或垂直（/重合 ）， 如图 6所示位置情况。 结合工作 方式 1的驱动过程， 此种工作方式下， 结构永磁体 3可以实现 90度转角的往复转动驱动动作。

实施例 4

如图 7所示， 本实施例采用中心对称结构的结构永磁体 3， 通过非轴对称结构实现往复转 动驱动动作。

实施例 5

如图 9所示，本实施例中采用结构电磁线圈 11以及设置于结构电磁线圈 11中设有铁磁材 料或永磁材料或铁磁、 永磁复合材料体制成的结构轭铁 12作为磁感装置。

如图 10所示， 本实施例中对应上述磁感装置采用外部永磁体 13作为磁场产生装置， 该外 部永磁体 13可以为一块嵌装于套管 1内得以实现，或一对外部永磁体 13上下对称设置于套管 1外部。

基于本实施列的结构形式， 其偏转作用机理与实施例 1-4相同。

通过以上几种具体的实施方式说明，所提出发 明的智能自驱动关节可以实现自转动驱动而 带动连带机构或负载产生动作， 并且驱动动作过程和程度即转动角度方便控制 ， 同时驱动转动 程度或角度可以被实施感知， 通过计算机控制， 即可实现自驱动和传感性能的智能驱动关节系 统。