[发明专利]一种基于剪切增稠效应的贯入式驱动器及其工作方法

说明书

一种基于剪切增稠效应的贯入式驱动器及其工作方法，该贯入式驱动器包括贯入端、驱动器外壳、进给装置、传动结构、限位套筒与密封盖板。本发明贯入式驱动器在完全浸没入介质非牛顿流体介质或类非牛顿流体的固体颗粒后，依靠介质的剪切增稠效应完成贯入式驱动。本发明具有贯入深度大，结构简单，质量轻巧，便于携带的特点，特别适合于地理环境勘察、海底探测、深空星体着陆探查等极端环境下的使用。

技术领域

本发明涉及一种贯入式驱动器，具体涉及一种基于剪切增稠效应驱动的贯入式驱动器及其工作方法。

背景技术

随着科学技术的不断发展，在地理环境勘察、海底探测、深空星体着陆探查等领域，都对贯入式驱动器提出了更高的要求，希望贯入式驱动器能够尽可能轻巧的同时，具备更深的探测行程。而传统的贯入式驱动器，其探测行程都受到驱动器自身特征长度的限制，探入深度有限，且体积沉重，不具备便携、轻巧的特点。因此有必要对贯入式驱动器进行研究，探索，设计能够实现相关功能的新型驱动原理以及驱动结构。

发明内容

为了满足上述需求，本发明的旨在在于提供一种体积小，重量轻，贯入探查时工作深度不受到驱动器自身特征长度影响的贯入式驱动器，具体为一种基于剪切增稠效应的贯入式驱动器，并设计了该驱动器的贯入式工作方法。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种基于剪切增稠效应的贯入式驱动器，包括贯入端1，与贯入端1上端部两侧固定连接的驱动器外壳2，设置在驱动器外壳2内位于贯入端1上部并与驱动器外壳2固定连接的进给装置3，传动结构4设置在驱动器外壳2顶部，传动结构4的传动杆4-1间隙配合穿过驱动器外壳2中部通孔并插入进给装置顶部的进给装置运动端3-2中与进给装置运动端3-2固定连接，插入驱动器外壳2中部通孔中限制传动结构4只能产生直线运动的限位套筒5，压紧限位套筒5的密封盖板6；

进给装置3底部为进给装置固定端3-1；其中与进给装置固定端3-1固连，共同进行刚体运动的结构多，质量大，包括贯入端1、驱动器外壳2、限位套筒5和密封盖板6；与进给装置运动端3-2固连，共同进行刚体运动的结构少，质量轻，包括传动结构4。

所述进给装置3为能够完成直线位移输出的驱动装置，采用音圈电机、直线电机、气/液动执行器、超声电机、磁致伸缩材料、电致伸缩材料或形状记忆合金及其所衍生的线性执行器。

所述的基于剪切增稠效应的贯入式驱动器的工作方法，贯入式驱动器工作初始状态，浸没入非牛顿流体介质或类非牛顿流体的固体颗粒中，开始驱动工作前，进给装置3处于最小行程状态；

驱动步骤1：给进给装置3施加快速的控制信号，控制进给装置3快速身长，进给装置3所包含的进给装置固定端3-1，进给装置运动端3-2相互远离；在这一过程中，由于与进给装置固定端3-1所固连，共同运动的结构质量大，加速度小，故进给装置固定端3-1与其固连的结构运动速度v1小；由于与进给装置运动端3-2所固连，共同运动的结构质量小，加速度大，故进给装置运动端3-2与其固连的结构运动速度v2大；在运动过程中，与进给装置固定端3-1连接的贯入端1在运动中受到非牛顿流体介质的作用力为F1，与进给装置运动端3-2连接的传动结构4受到非牛顿流体介质的作用力为F4，由于运动速度关系有v1＜v2，产生F1作用的介质剪切应力τ1大于产生F4作用的介质剪切应力τ4，由于非牛顿流体介质的粘度随着剪切速率或剪切应力的增加展现出数量级增加，所以F1远小于F4，以贯入式驱动器整体考虑，其两侧的作用力不平衡，故驱动器整体将向着F4所指向的方向即贯入式驱动器贯入端1的方向运动；

驱动步骤2：给进给装置3施加缓慢的控制信号，控制进给装置3缓慢恢复至最小行程状态，进给装置3所包含的进给装置固定端3-1与进给装置运动端3-2的运动速度接近；在这一阶段中，由于加速度低，运动速度远低于驱动步骤1中的运动速度，贯入式驱动器的贯入端1与贯入式驱动器的传动结构4受到的外部作用力接近，贯入式驱动器所受到的介质作用力处于平衡状态，贯入式驱动器停止运动。