专利摘要

本发明提供了一种基于非刚性连接的刚性力控制装置。其中：控制部件由球体、连接弹簧、输出杆和驱动部分组成。连接弹簧与球体形成非刚性连接，球体与被控部件的锥面形成无间隙的刚性接触。被控部件受到外力和控制部件施加的力。在被控部件受力达到平衡后，当外力减小时，驱动部分驱动输出杆位移增大，因此通过球体施加在被控部件上的力增大，进而控制被控部件受力保持不变。本发明创新性地使用了非刚性连接，使得被控部件能够与控制部件保持接触，在力控制过程中施力方式为刚性，控制精度高，结构简单，成本低，适用于推广应用。

权利要求

1.一种基于非刚性连接的刚性力控制装置，其特征在于，包括控制部件，所述控制部件包括被控部件(1)、球体(4)、连接弹簧(5)以及驱动部件(7)；

所述连接弹簧(5)的一端安装在驱动部件(7)上，所述连接弹簧(5)的另一端安装在球体(4)上；

所述球体(4)与被控部件(1)接触；

当驱动部件(7)靠近连接弹簧(5)的方向运动时，由于球体(4)受到被控部件(1)的限制，连接弹簧(5)缩短；

所述被控部件(1)上设置有输出杆(6)；

所述连接弹簧(5)的一端安装在输出杆(6)上；

所述驱动部件(7)采用基于磁致伸缩材料的驱动，磁致伸缩材料在无磁场偏置状态下输出单向位移和力，基于磁致伸缩材料的倍频效应，能够实现对高频波动的外力的控制。

2.根据权利要求1所述的基于非刚性连接的刚性力控制装置，其特征在于，所述输出杆(6)沿周向方向上设置有延展部(61)；

所述连接弹簧(5)的一端安装在延展部(61)上。

3.根据权利要求2所述的基于非刚性连接的刚性力控制装置，其特征在于，所述连接弹簧(5)的数量为一个或多个；

所述球体(4)的数量与连接弹簧(5)的数量相匹配。

4.根据权利要求3所述的基于非刚性连接的刚性力控制装置，其特征在于，所述连接弹簧(5)的数量为多个时，连接弹簧(5)沿输出杆(6)的周向均匀或非均匀布置。

5.根据权利要求2所述的基于非刚性连接的刚性力控制装置，其特征在于，所述延展部(61)包括如下任一种结构：

-圆环形；

-多个扇环形，多个扇环形沿输出杆(6)的周向等距均匀布置；

-多个圆柱形，多个圆柱形杆沿输出杆(6)的周向等距均匀布置。

6.根据权利要求1所述的基于非刚性连接的刚性力控制装置，其特征在于，所述被控部件(1)上设置有安装槽(11)；

所述球体(4)安装在安装槽(11)里。

7.根据权利要求6所述的基于非刚性连接的刚性力控制装置，其特征在于，所述安装槽(11)包括圆台形、圆锥形、半球形中的任一种结构。

8.根据权利要求1所述的基于非刚性连接的刚性力控制装置，其特征在于，所述被控部件(1)与输出杆(6)为可拆卸连接；

所述连接弹簧(5)与输出杆(6)为可拆卸连接；

所述球体(4)、连接弹簧(5)为可拆卸连接。

说明书

技术领域

本发明涉及力控制装置技术领域，具体地，涉及一种基于非刚性连接的刚性力控制装置。

背景技术

对于阀门、机器人、制动器等产品，力控制对其工作精度和工作性能有着显著影响，研究高精度的力控制装置成为一个很有潜力的领域。现有的专利，例如专利文献CN108426092A公开了一种阀门组件、电磁阀及电磁阀压缩弹簧的二次调节方法，对阀门组件增加动力单元，在装配好相关阀门组件后，仍可根据使用情况实现对弹性元件的压缩量的调节，从而减轻了由于装配误差带来的电磁阀控制不精确的问题。但该装置基于弹簧进行力的调节，为非刚性的力控制，精度不高。

再比如专利文献CN109966678A公开了一种消防机器人及反作用力控制方法，具体地通过控制消防机器人搭载的四个液压柱从壳体伸出并撑住地面，液压柱底部的可活动粗糙圆盘与地面紧贴，增加摩擦力，进而控制消防机器人喷水时产生的反作用力。但该装置体积大，使用液压部件可能产生泄露，控制精度低。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于非刚性连接的刚性力控制装置。

根据本发明提供的一种基于非刚性连接的刚性力控制装置，包括控制部件，所述控制部件包括被控部件1、球体4、连接弹簧5以及驱动部件7；

所述连接弹簧5的一端安装在驱动部件7上，所述连接弹簧5的另一端安装在球体4上；

所述球体4与被控部件1接触；

当驱动部件7靠近连接弹簧5的方向运动时，由于球体4受到被控部件1的限制，连接弹簧5缩短。

优选地，所述被控部件1上设置有输出杆6；

所述连接弹簧5的一端安装在输出杆6上。

优选地，所述输出杆6沿周向方向上设置有延展部61；

所述连接弹簧5的一端安装在延展部61上。

优选地，所述连接弹簧5的数量为一个或多个；

所述球体4的数量与连接弹簧5的数量相匹配。

优选地，所述连接弹簧5的数量为多个时，连接弹簧5沿输出杆6的周向均匀或非均匀布置。

优选地，所述延展部61包括如下任一种结构：

-圆环形；

-多个扇环形，多个扇环形沿输出杆6的周向等距均匀布置；

-多个圆柱形，多个圆柱形杆沿输出杆6的周向等距均匀布置。

优选地，所述被控部件1上设置有安装槽11；

所述球体4安装在安装槽11里。

优选地，所述安装槽11包括圆台形、圆锥形、半球形中的任一种结构。

优选地，所述被控部件1与输出杆6为可拆卸连接；

所述连接弹簧5与输出杆6为可拆卸连接；

所述球体4、连接弹簧5为可拆卸连接。

优选地，所述驱动部件7采用基于磁致伸缩材料的驱动，磁致伸缩材料在无磁场偏置状态下输出单向位移和力，基于磁致伸缩材料的倍频效应，能够实现对高频波动的外力的控制。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明所述的力控制装置在力控制过程中施力方式为刚性接触，使得控制装置能够与被控部件1在移动过程中保持接触，提高了控制的精度。

2、本发明所述的力控制装置结构紧凑，加工成本低。

3、发明所述的力控制装置使用了非刚性连接，使得被控部件能够与控制部件保持接触，可实现正向和负向的力控制。

4、本发明所述的力控制装置中的驱动部分若采用基于磁致伸缩材料的驱动，磁致伸缩材料在无磁场偏置状态下输出单向位移和力，与本发明所述的力控制装置实现单向力调节的特点相同，因此不需要对磁致伸缩驱动材料施加偏置磁场。由于磁致伸缩材料的倍频效应，可实现对高频波动的外力的控制。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明实施例的结构示意图。

图中示出：

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

根据本发明提供的一种基于非刚性连接的刚性力控制装置，如图1所示，包括被控部件1、球体4、连接弹簧5以及驱动部件7；所述连接弹簧5的一端安装在驱动部件7上，所述连接弹簧5的另一端安装在球体4上；所述球体4与被控部件1接触；当驱动部件7靠近连接弹簧5的方向运动时，由于球体4受到被控部件1的限制，连接弹簧5缩短。本发明通过连接弹簧5、球体4设置在被控部件1和驱动部件7之间实现了力控制的非刚性连接，使得被控部件1能够与控制部件保持接触，可实现正向和负向的力控制。

具体地，如图1所示，所述被控部件1上设置有输出杆6；所述连接弹簧5的一端安装在输出杆6上；所述输出杆6沿周向方向上设置有延展部61，在一个优选例中，连接弹簧5的一端安装在延展部61上，所述连接弹簧5的数量为一个或多个，所述球体4的数量与连接弹簧5的数量相匹配，当连接弹簧5的数量为多个时，连接弹簧5沿输出杆6的周向均匀或非均匀布置，当连接弹簧5沿输出杆6的周向非均匀布置时，连接弹簧5的数量为偶数，且连接弹簧5两两之间呈轴对称布置，结构简单，易于加工，成本低廉。

具体地，如图1所示，所述延展部61包括多种结构形式，在一个优选例中，延展部61为沿输出杆6周向布置的圆环形；在一个变化例中，延展部61为多个扇环形，多个扇环形沿输出杆6的周向方向等距均匀布置；在另一个变化例中，延展部61为多个圆柱形杆，多个圆柱形杆沿输出杆6的周向等距均匀布置。

具体地，如图1所示，所述被控部件1上设置有安装槽11，所述球体4安装在安装槽11里，所述安装槽11包括多种结构形式，例如圆台形，再例如圆锥形，又例如半球形。

具体地，如图1所示，在一个优选例中，所述被控部件1与输出杆6为可拆卸连接；所述连接弹簧5与输出杆6为可拆卸连接；所述球体4、连接弹簧5为可拆卸连接。

如图1所示，控制部件中的连接弹簧5与球体4形成非刚性连接，球体4与被控部件1的锥面形成无间隙的刚性接触。被控部件1受到外力和控制部件施加的力。在被控部件1受力达到平衡后，当外力发生波动时，驱动部件7驱动输出杆6产生正向或负向的位移，可改变球体4施加在被控部件1上的力，进而控制被控部件1受力保持不变。

本发明所述的力控制装置中的驱动部分若采用基于磁致伸缩材料的驱动，磁致伸缩材料在无磁场偏置状态下输出单向位移和力，与本发明所述的力控制装置实现单向力调节的特点相同，因此不需要对磁致伸缩驱动材料施加偏置磁场。由于磁致伸缩材料的倍频效应，可实现对高频波动的外力的控制。

本发明的工作原理为：

控制部件中的连接弹簧5与球体4形成非刚性连接，使得球体4与安装槽11锥面始终保持无间隙的刚性接触，进而使得力控制过程中施力方式为刚性。初始状态时，被控部件1受到正向力和反向力(如液压力、气压力、弹簧力等)合成的外力作用及控制装置施加的力，并保持在平衡状态。当被控部件1产生位移时，连接弹簧5与球体4的连接结构使得控制装置能够与被控部件1在移动过程中保持刚性接触。达到平衡状态后，若正向力减小或反向力增大，此时驱动部件7驱动输出杆6产生正向位移，通过连接弹簧5和球体4连接的结构，使得球体4对锥面作用的力增大，使被控部件1恢复力平衡状态。

实施例：

如图2所示，在一阀门结构中，被控部件1为阀芯，连接弹簧5连接输出杆6和球体4，形成非刚性连接，同时使得球体4与被控部件1的锥面始终保持无间隙的刚性接触。被控部件1受到液流产生的压力(正向力)F₁和外部压簧2施加的弹簧力(反向力)F₂合成的外力及控制装置施加的力F₃。当液压力增大时，被控部件1产生正向位移，连接弹簧5伸长，连接弹簧5与球体4的连接结构使得控制装置能够与被控部件1在移动过程中保持刚性接触。在被控部件1受力达到平衡后，当液压力减小时，驱动部分驱动输出杆6产生正向的位移，通过连接弹簧5和球体4连接的结构，使得球体4对锥面作用的力增大，进而控制被控部件1受力保持不变。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

基于非刚性连接的刚性力控制装置专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。