[发明专利]一种基于力失衡驱动的单维度悬浮运动方法与装置

说明书

本发明公开了一种基于力失衡驱动的单维度悬浮运动装置包括：稳定放置的电磁驱动器定位支架与条形支撑脚；位于电磁驱动器定位支架顶端与底端的两个励磁绕组电磁驱动器；浮子；设置于靠近浮子端面的两个电磁驱动器中心位置上的位置传感器；为电磁驱动器励磁绕组提供电流的功率放大器；检测励磁绕组电流值的电流传感器；控制功率放大器、电流传感器、励磁绕组、位置传感器的协调配合的控制器。本发明实现的实际效果是通过两个电磁驱动器对浮子的电磁吸引作用，使得浮子实现适合空间介质内单维度上可控区域内任意位置的定点稳定悬浮与直线悬浮运动。

技术领域

本发明涉及悬浮对象的但唯独运动控制技术领域，具体为一种基于力失衡驱动的单维度悬浮运动方法与装置。

背景技术

随着电子技术与控制技术的发展，磁悬浮技术在工业技术领域、医疗科学等各个领域等得到了广泛的应用，同时伴随着MEMS技术不断取得新的成就，基于磁场驱动技术及MEMS的永磁微型机械以其优良的驱动方式和运动方式成为了目前研究的热点。

基于磁场驱动技术的永磁微型机械驱动有多种方式，多采用外部均匀旋转磁场、正交旋转磁场、梯度场与多种电磁场相结合的方式。而微型机械运动方式主要依靠摆动泳动和旋转泳动的方式来驱动装置运动，只能应用于有粘度的液体中。交变磁场摆动式直线驱动由两对垂直放置的亥姆霍兹线圈产生交变磁场驱动与运动装置上尾鳍相连的永磁体，使永磁体改变磁轴方向使尾鳍摆动，从而使运动装置在液体中向前运动；外部旋转磁场轴向驱动由垂直于圆柱永磁体轴线的旋转磁场驱动径向磁化的圆柱形钕铁硼永磁体，通过螺旋缠绕永磁体金属线在液体中旋转产生的轴向驱动力驱动永磁体装置进行轴向运动。

而实际应用中的空间介质既包括液体介质，也包括气体介质，单纯泳动型微型机械无法满足气体介质或混合介质场景的检测与输送清淤工作，适用的应用场景较少，范围较窄。

对于应用场景方面，目前细长型管道内部检测、运输、清污等操作的装置的驱动方式主要采用接触管壁的方式进行装置的驱动，内壁接触摩擦会使内壁产生损伤，在作业的同时无法保证操作对象的安全性。因此，需要更加安全的装置驱动方法和驱动装置来满足各领域的实际需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于力失衡驱动的单维度悬浮运动方法与装置，实现一种基于力失衡驱动的单维度悬浮运动。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于力失衡驱动的单维度悬浮运动装置包括：稳定放置的电磁驱动器定位支架与条形支撑脚；位于电磁驱动器定位支架顶端与底端的两个励磁绕组电磁驱动器；浮子；设置于靠近浮子端面的两个电磁驱动器中心位置上的位置传感器；为电磁驱动器励磁绕组提供电流的功率放大器；检测励磁绕组电流值的电流传感器；控制功率放大器、电流传感器、励磁绕组、位置传感器的协调配合的控制器。

优选的，所述两个励磁绕组电磁驱动器安装位置相对于电磁驱动器支撑架上下对称，并且两个电磁驱动器的竖直轴线重合，并垂直于电磁驱动器支撑架的支撑面。

优选的，所述电磁驱动器的绕线方式根据右手法则使得两个电磁驱动器的极性相对。

优选的，所述位置传感器选用片状线性霍尔传感器，片状线性霍尔传感器截面较大一侧的放置方向与电磁驱动器端面平行，并且片状线性霍尔传感器顶端端面与电磁驱动器顶端端面重合；

优选的，所述浮子的运动轨迹与电磁驱动器竖直轴线重合，运动形式为单维度双向的不触碰管道壁面的悬浮运动。

优选的，所述电磁驱动器定位支架由两个条形定位脚进行支撑，为电磁驱动器的装夹与定位预留合理的空间。

控制过程中，基于力失衡驱动的单维度悬浮运动方法实现步骤包括：

步骤一：控制器、位置传感器与电流传感器上电，电磁驱动器连接电源，将浮子放入两个电磁驱动器中间停留片刻作为浮子悬浮的初始位置；