[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

权利要求书

1.一种基于剪切增稠效应的贯入式驱动器，其特征在于：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）；与进给装置固定端（3-1）固连共同进行刚体运动的结构包括贯入端（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包括传动结构（4）, 与进给装置固定端（3-1）固连共同进行刚体运动的结构比与进给装置运动端（3-2）固连共同进行刚体运动的结构多，质量大；

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。

2.权利要求1所述的基于剪切增稠效应的贯入式驱动器的工作方法，其特征在于：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）快速伸长，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。