箝位式旋转致动器的工作原理及优化介绍

箝位式旋转致动器主要由上箝位机构、下箝位机构和驱动机构组成，其工作原理如图6－1所示。上、下箝位机构和驱动机构都由3个内含GMM棒的激励线圈组成，线圈上电时，GMM棒伸长；线圈掉电时，GMM棒收缩（图6－1中红色箭头表示GMM棒伸长，蓝色箭头表示GMM棒收缩）。通过箝位线圈和驱动线圈的上电和掉电，可以实现箝紧、解脱、驱动和复位等动作。上、下箝位机构和驱动机构按照图6－2所示的时序工作时（U U、U L和U D分别为上、下箝位机构和驱动机构的电压），可以实现转子的步进式转动。

在一个步进周期T内，箝位式旋转致动器完成以下六个动作。

（1）上箝紧：t1时刻，上箝位机构上电，上箝位机构的三个超磁致伸缩棒同时伸长，三个箝位块箝紧转子，如图6－1（a）所示。

（2）下解脱：t2时刻，下箝位机构掉电，下箝位机构的三个超磁致伸缩棒同时收缩，解脱转子，如图6－1（b）所示。

（3）驱动：t3时刻，驱动机构上电，驱动机构的三个超磁致伸缩棒同时伸长，推动定子上层转动角位移Δθ，通过上箝位机构推动转子转动角位移Δθ，驱动机构的柔性铰链产生微小形变，如图6－1（c）所示。

（4）下箝紧：t4时刻，下箝位机构上电，下箝位机构的三个超磁致伸缩棒同时伸长，箝紧转子，防止转子回转，如图6－1（d）所示。

（5）上解脱：t5时刻，上箝位机构掉电，上箝位机构的三个超磁致伸缩棒同时收缩，解脱转子，如图6－1（e）所示。(www.xing528.com)

（6）复位：t6时刻，驱动机构掉电，驱动机构的三个超磁致伸缩棒同时收缩，驱动机构带动上箝位机构复位，如图6－1（f）所示。

图6-1　箝位式旋转致动器的工作原理（书后附彩插）

（a）上箝紧；（b）下解脱；（c）驱动；（d）下箝紧；（e）上解脱；（f）复位1—上箝位机构；2—下箝位机构；3—驱动机构；4—转子；5—箝位块

图6-2　旋转致动器的驱动信号时序图

在一个步进周期T内，系统依次完成上箝紧－下解脱－驱动－下箝紧－上解脱－复位六个动作，转子步进一次，致动器输出角位移Δθ，不断重复以上六个步骤，可实现转子的步进式旋转运动，即实现角位移的累积输出。