驱动装置和包含该驱动装置的电子设备的制作方法 专利技术说明

发动机及配件附件的制造及其应用技术1.本技术涉及致动器技术领域，尤其涉及一种驱动装置以及包含该驱动装置的电子设备。背景技术：2.形状记忆合金(shape memory alloy，sma)是一种新兴的智能材料，其具有形状记忆效应。例如，sma材料在常温下受到外力时可以产生形变。当对sma材料加热后，sma材料可以恢复到形变前的原始形状。3.由于sma材料在形变过程中具有大应变比、大应力、大能量密度等特点，因此，在将sma材料作为驱动元件时，可以通过较小的体积实现较大的驱动力。4.目前，尚缺乏通过sma材料对被驱动件进行精确驱动的方案。技术实现要素：5.本技术的一些实施方式提供了一种驱动装置以及包含该驱动装置的电子设备，以下从多个方面介绍本技术，以下多个方面的实施方式和有益效果可互相参考。6.第一方面，本技术提供了一种驱动装置，包括：质量块；sma金属丝，与质量块相连，sma金属丝在发生形变时能够驱动质量块产生位移，其中，质量块的位移量与sma金属丝的形变量相对应；弹性件，与质量块相连，弹性件用于在质量块上施加与sma金属丝的驱动力相反的作用力，以将质量块维持在平衡位置；控制部，用于在sma金属丝上施加闭环驱动信号，闭环驱动信号用于驱动sma金属丝产生预定的形变量，以使得质量块产生目标位移。7.在一些实施方式中，控制部包括驱动模块和反馈模块；在sma金属丝上施加闭环驱动信号，包括：驱动模块在sma金属丝上施加第一驱动信号，以使得sma金属丝驱动质量块产生第一位移；反馈模块获取质量块的第一位移与质量块的目标位移之间的差值，并将差值发送至驱动模块；驱动模块根据差值和闭环控制算法确定闭环驱动信号，并在sma金属丝上施加闭环驱动信号。8.在一些实施方式中，反馈模块包括测量模块和拟合模块，拟合模块中预设有sma金属丝的电学参数与质量块的位移之间的映射关系；反馈模块获取质量块的第一位移与质量块的目标位移之间的差值，包括：测量模块测量sma金属丝的电学参数，电学参数与sma金属丝的形变量相关联；拟合模块根据电学参数以及映射关系，确定质量块的第一位移，并计算第一位移和目标位移之间的差值。9.在一些实施方式中，测量sma金属丝的电学参数与在sma金属丝上施加闭环驱动信号交替进行。10.在一些实施方式中，sma金属丝的电学参数包括sma金属丝的电流，电压和/或电阻。11.在一些实施方式中，闭环驱动信号包括电流信号，电压信号和/或pwm信号。12.在一些实施方式中，驱动装置还包括阻尼件，阻尼件与质量块相连，用于在质量块上施加与质量块的位移方向相反的作用力。13.在一些实施方式中，sma金属丝包括第一sma金属丝，第一sma金属丝用于在质量块上施加第一驱动力，第一驱动力至少具有沿第一方向的分量；弹性件包括第一弹性件，第一弹性件用于在质量块上施加与第一驱动力相反的作用力。14.在一些实施方式中，sma金属丝还包括第二sma金属丝，第二sma金属丝用于在质量块上施加第二驱动力，第二驱动力至少具有沿第一方向的分量；弹性件包括第二弹性件，第二弹性件用于在质量块上施加与第二驱动力相反的作用力；其中，沿第一方向，第一sma金属丝和第二sma金属丝位于质量块的相反两侧，第一弹性件和第二弹性件位于质量块的相反两侧。15.在一些实施方式中，sma金属丝包括第三sma金属丝，第三sma金属丝用于在质量块上施加第三驱动力，第三驱动力至少具有沿第二方向的分量，第二方向垂直于第一方向；弹性件包括第三弹性件，第三弹性件用于在质量块上施加与第三驱动力相反的作用力。16.第二方面，本技术提供了一种电子设备，包括本技术第一方面任一实施方式提供的驱动装置。17.本技术任一实施方式具有如下技术效果：通过“sma金属丝+弹性件”结构对质量块(也可以称作“被驱动件”)进行驱动，并通过控制部对sma金属丝的形变量进行闭环控制，以实现对质量块的精准驱动。附图说明18.图1为本技术实施例提供的sma金属丝变形方式示意图；19.图2为本技术实施例提供的驱动装置的示例性结构图一(常温状态)；20.图3为本技术实施例提供的驱动装置的示例性结构图二(加热状态)；21.图4为本技术实施例提供的驱动装置的示例性结构图三(包括阻尼件)；22.图5为本技术实施例提供的控制部的示例性结构图；23.图6为本技术实施例提供的测量模块的示例性结构图；24.图7为本技术实施例提供的测量步骤和驱动步骤的示例性时序图；25.图8为本技术实施例提供的驱动装置的示例性结构图三(对立双丝结构)；26.图9为本技术实施例提供的驱动装置的示例性结构图四(四丝结构)；27.图10本技术实施例提供的驱动装置的示例性结构图五；28.图11本技术实施例提供的驱动装置的示例性结构图六；29.图12为本技术实施例提供的驱动装置的示例性结构图七(四丝结构)。具体实施方式30.以下由特定的具体实施例说明本技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本技术的其他优点及功效。虽然本技术的描述将结合较佳实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本技术的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本技术的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本技术也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本技术的重点，有些具体细节将在描述中被省略。31.本技术用于提供一种驱动装置和包含该驱动装置的电子设备。在驱动装置中，通过“sma金属丝+弹性件”的组合对质量块(也可以称作“被驱动件”)进行驱动。另外，驱动装置还包括控制部，控制部可以sma金属丝的形变量进行闭环控制，以实现对质量块的精准驱动。32.本技术中，电子设备可以是摄像设备，医疗设备，机械手，控制阀门，制动设备等各类设备，以下将摄像设备作为电子设备的示例进行介绍。33.为便于理解，首先对sma金属丝的结构特点进行示例性介绍。sma金属丝为具有形状记忆功能的材料。例如，参考图1，sma金属丝可以具有原始长度l1。当在常温下拉伸sma金属丝后，其可以被拉长至长度l2。之后，当将sma金属丝加热至临界温度(例如，40℃)以上后，sma金属丝可以逐渐收缩至初始长度l1。其中，sma金属丝的收缩程度(或称“形变量”)与其被加热的温度相关。sma被加热的温度越高，sma金属丝的收缩程度越大。34.图2和图3示出了本技术实施例提供的驱动装置01的示例性结构图。其中，图2示出了sma金属丝11在常温下的状态，图3示出了sma金属丝11被加热后的状态。参考图2和图3，驱动装置01包括质量块30(或称“被驱动件”)，sma金属丝11(作为第一sma金属丝)和弹性件21(作为第一弹性件)。sma金属丝11和弹性件21分别与质量块30相连。其中，弹性件21可以是弹簧，弹片，悬丝，弹性橡胶等，本技术不做限定。另外，两结构件之间的连接(例如，sma金属丝11与质量块30之间的连接)可以是直接连接，也可以是通过其他结构件间接连接。35.本实施例中，电子设备实现为摄像设备，质量块30实现为摄像设备中的镜头。在“sma金属丝11+弹性件21”结构的驱动作用下，可以驱动镜头进行移动，以实现摄像设备的光学变焦，抖动补偿等功能。在其他实施例中，当电子设备实现为其他形态的设备时，质量块30可以实现为其他元件，例如制动器中的制动片，控制阀门中的阀芯等。36.以下介绍“sma金属丝11+弹性件21”结构对质量块30进行驱动的过程。参考图2和图3，本实施例中，sma金属丝11的一端被固定(例如，固定在电子设备的外壳上)，另一端与质量块30相连。当sma金属丝11被加热后，会产生收缩，从而带动质量块30产生位移d1。可以理解，质量块30的位移d1与sma金属丝11的形变量δ1相对应。在图2和图3所示示例中，sma金属丝11的长度方向与质量块30的位移方向平行(均平行于x轴方向(作为第一方向))，因此，质量块30的位移d1等于sma金属丝11的形变量δ1。在其他实施例中，sma金属丝11的长度方向也可以与质量块30的位移方向交叉，例如，sma金属丝11的长度方向与质量块30的位移方向呈角度θ(例如，45°)。该实施例中，质量块30的位移d1可以是sma金属丝11的位移d1与cosθ的乘积。37.另外，本实施例通过设置弹性件21，可以将质量块30稳定地维持在平衡位置。具体地，sma金属丝11在收缩过程中，可以在质量块30上施加沿x轴正方向的驱动力f1(作为第一驱动力，驱动力f1至少具有沿x轴方向的分量)。同时，弹性件21被拉长。当弹性件21被拉长后，可以在质量块30上施加沿x轴负方向的作用力n1。当驱动力f1和作用力n1大小相等时，可以实现质量块30的力平衡，从而将质量块30维持在稳定位置。38.由于sma金属丝11本身具有一定柔性，因此，如果仅通过sma金属丝11对质量块30进行驱动时，质量块30可能发生目标方向之外的位移(例如，y方向的位移)。为此，本实施例在sma金属丝11的基础上，还增设了弹性件21，通过“sma金属丝11+弹性件21”的结构，可以保证质量块30的位移发生在目标方向(即，图3的x轴方向)上，有利于实现对质量块30的精准驱动。39.在一些实施例中，参考图4，驱动装置01还可以包括阻尼件51，阻尼件51与质量块30相连。当sma金属丝11驱动质量块30发生位移时，阻尼件51可以在质量块30上施加与质量块30的位移方向相反的作用力(即，阻力)。例如，当质量块30向x正方向位移时，阻尼件51在质量块30上施加朝向x负方向的作用力。通过设置阻尼件51，可以避免“sma金属丝11-质量块30-弹性件21”形成的振动系统产生共振，从而避免该振动系统由于过大的动应力而导致结构破坏。本技术对阻尼件51的具体结构形式不作限定，例如，阻尼件51可以为阻尼胶，阻尼器，阻尼液体等。40.参考图2和图3，驱动装置01还可以包括控制部41，控制部41用于在sma金属丝11上施加驱动信号。通过在sma金属丝11上施加驱动信号，可以使sma金属丝11产生预定的形变量，以使得质量块30产生目标位移。也就是说，在sma金属丝11上施加驱动信号后，可以带来sma金属丝11的温度升高，从而使sma金属丝11发生形变。在此基础上，本技术对驱动信号的具体形式不做限定，例如，闭环驱动信号可以为电流信号，电压信号和/或pwm信号等。41.进一步地，控制部41在sma金属丝11上产生施加的信号为闭环驱动信号，以精确控制sma金属丝11的形变量和质量块30的位移量。闭环驱动信号为通过闭环控制算法(又称“负反馈算法”)确定的信号。在闭环控制算法中，会将驱动结果反馈回来与目标值进行比较，并根据两者的偏差来调整驱动信号，直至驱动结果与目标值相同或者直至驱动结果与目标值的偏差小于允许偏差。因此，通过在sma金属丝11上施加闭环驱动信号，可以精确地控制sma金属丝11的形变量，以对质量块30的位移进行精准控制。本实施例对闭环控制算法的具体形式不做限定，闭环控制算法可以为pid算法，pi算法，pd算法，自抗扰控制(active disturbance rejection control，adrc)算法，滑膜控制算法等。42.图5示出了本实施例提供的控制部41的示例性结构图。参考图5，控制部41包括驱动模块和反馈模块。其中，驱动模块用于在sma金属丝11上施加实时驱动信号(或称“第一驱动信号”)，以使得质量块30产生实时位移(或称“第一位移”)。43.反馈模块可以获取质量块30的实时位移，并可以计算质量块30的实时位移与质量块30的目标位移之间的差值。反馈模块在计算得到该差值后，将该差值发送至驱动模块。44.驱动模块在接收到反馈模块发送的差值后，根据该差值和闭环控制算法确定闭环驱动信号，并将该闭环驱动信号施加在sma金属丝11上，以驱动sma金属丝11产生预定的形变量，最终使得质量块30产生目标位移。45.示例性地，质量块30的目标位移可以根据电子设备工作场景进行确定。例如，在一些场景中，质量块30的目标位移用于补偿电子设备的抖动，该场景中，质量块30的目标位移可以根据电子设备的抖动量确定(例如，等于电子设备的抖动量)；在另一些场景中，质量块30的目标位移用于实现电子设备的光学变焦，该场景中，质量块30的目标位移可以根据电子设备的变焦量确定。46.继续参考图5，本实施例中，反馈模块包括测量模块和拟合模块。其中，测量模块可以测量sma金属丝11的电学参数，其中，sma金属丝11的电学参数与sma金属丝11的形变量相关联，即，sma金属丝11的电学参数随sma形变量的变化而变化。示例性地，sma金属丝11的电学参数可以为sma金属丝11的电压、电流和/或电阻。例如，当sma金属丝11的电学参数为电阻时，在sma金属丝11的形变过程中，sma金属丝11的电阻随之发生变换。例如，sma金属丝11的形变量(即，收缩量)越大，sma金属丝11的电阻越小。47.图6以电学参数为sma金属丝11的电流为例，示出了测量模块的具体结构。参考图6，测量模块包括电压源，参考电阻以及测量电路。其中，参考电阻与sma金属丝11串联，测量电路用于测量参考电阻上的电流。可以理解，由于sma金属丝11与参考电阻相串联，因此，测量电路测得的电流即为流经sma金属丝11的电流。48.拟合模块中预设有sma金属丝11电学参数(例如，电流)与质量块30位移之间的映射关系。从而，拟合模块可以根据sma金属丝11的电学参数以及该映射关系(该映射关系可以是事先测试确定的)，确定质量块30的实时位移。在拟合模块确定质量块30的实时位移后，可以将该实时位移发送至驱动模块，以便于驱动模块确定闭环驱动信号。49.本实施例中，反馈模块首先测量sma金属丝11的电学参数，再根据该电学参数计算质量块30的实时位移。其他实施例中，反馈模块也可以直接测量质量块30的实时位移(例如，通过霍尔元件直接测量质量块30的实时位移)。50.在一些实施例中，参考图7，测量模块测量sma金属丝11的电学参数的步骤和驱动模块在sma金属丝11上施加驱动信号的步骤交替进行。即，该两个步骤的执行时间点相互错开。这样，测量模块可以在sma金属丝11的形变量稳定之后再进行测量，从而可以提高测量的准确度。51.以上对本技术一些实施例中驱动装置的结构进行了介绍。但本技术不限于此，本领域技术人员还可以进行其他变形，以下进行示例性介绍。52.图8示出了另一些实施例中驱动装置02的示例性设置方式。在图8所示示例中，驱动装置02中的“sma金属丝+弹性件”结构为对立双丝结构。具体地，驱动装置02除包括sma金属丝11和弹性件21之外，还包括sma金属丝12(作为第二sma金属丝)和弹性件22(作为第二弹性件)。其中，sma金属丝11和弹性件21的设置方式可以参考图2、图3中的设置方式，不作赘述。sma金属丝12用于在质量块30上施加驱动力f2，弹性件22用于在质量块30上施加与驱动力f2相反的作用力n2。其中，驱动力f2至少具有沿x轴方向的分量，以驱动质量块30发生x轴方向的位移。图8所示示例中，驱动力f2平行于x轴方向。在其他示例中，驱动力f2也可以与x方向呈一锐角(例如，30°)。53.沿x轴方向，sma金属丝11和sma金属丝12分别位于质量块30的相反两侧，弹性件21和弹性件22分别位于质量块30的相反两侧，这样，当sma金属丝11和sma金属丝12可以分别在质量块30的两侧对质量块30施加驱动力。通过控制施加在sma金属丝11和sma金属丝12上的驱动信号，可以使得sma金属丝11和sma金属丝12具有相协调的形变量，以利于在x轴方向上提高质量块30位移的可控性和稳定性。54.另外，驱动装置02还可以包括阻尼件51，阻尼件51与质量块30相连，用于在质量块30上施加与质量块30的位移方向相反的作用力(即，阻力)，以避免“sma金属丝-质量块-弹性件”组成的振动系统由于过大的动应力而导致结构破坏。阻尼件51的具体结构形式可以参考上文关于图4的叙述，不作赘述。55.在图8所示结构中，驱动装置02中的控制部可以包括控制部41和控制部42，控制部41和控制部42分别用于对sma金属丝11和sma金属丝12进行控制，以使得sma金属丝11和sma金属丝12产生预设的形变量。在一些实施例中，控制部41和控制部42在物理上可以实现为相互独立的元件；在另一些实施例中，控制部41和控制部42在物理上也可以实现为同一元件(例如，集成在同一电路板上)。56.图9示出了另一些实施例中驱动装置03的示例性设置方式。在图9所示示例中，驱动装置03中的“sma金属丝+弹性件”结构为四丝结构。具体地，驱动装置03除包括sma金属丝11、12和弹性件21、22之外，还包括sma金属丝13、14和弹性件23、24。其中，sma金属丝11、12和弹性件21、22的设置方式可以参考图8中的设置方式，不作赘述。57.sma金属丝13(作为第三sma金属丝)用于在质量块30上施加驱动力f3(作为第三驱动力)，弹性件23(作为第三弹性件)用于在质量块30上施加与驱动力f3相反的作用力n3。其中，驱动力f3至少具有沿y轴方向(作为第二方向)的分量，以驱动质量块30发生y轴方向的位移。本文中，x轴方向和y轴方向相互垂直。58.sma金属丝14(作为第四sma金属丝)用于在质量块30上施加驱动力f4(作为第四驱动力)，弹性件24(作为第四弹性件)用于在质量块30上施加与驱动力f4相反的作用力n4。其中，驱动力f4至少具有沿y轴方向的分量，以驱动质量块30发生y轴方向的位移。59.沿y轴方向，sma金属丝13和sma金属丝14分别位于质量块30的相反两侧，弹性件23和弹性件24分别位于质量块30的相反两侧，这样，当sma金属丝13和sma金属丝14可以分别在质量块30的两侧对质量块30施加驱动力。这样，通过控制施加在sma金属丝13和sma金属丝14上的驱动信号，可以使得sma金属丝13和sma金属丝14具有相协调的形变量，并使得驱动力f3和驱动力f4可以形成一对相反的作用力，以利于在y轴方向上提高质量块30位移的可控性和稳定性。60.另外，驱动装置02还可以包括阻尼件51和阻尼件52，阻尼件51和阻尼件52分别与质量块30相连，用于在质量块30上施加与质量块30的位移方向相反的作用力(即，阻力)，以避免“sma金属丝-质量块-弹性件”组成的振动系统由于过大的动应力而导致结构破坏。具体而言，阻尼件51用于为质量块30提供沿x方向的阻力，阻尼件52用于为质量块30提供沿y方向的阻力。阻尼件51和/或阻尼件52的具体结构形式可以为阻尼胶，阻尼器，阻尼液体等，本技术不作限定。61.在图9所示结构中，驱动装置03中的控制部可以包括控制部43和控制部44，控制部43和控制部44分别用于对sma金属丝13和sma金属丝14进行控制，以使得sma金属丝13和sma金属丝14产生预设的形变量。在一些实施例中，控制部41、42、43、44在物理上可以实现为相互独立的元件；在另一些实施例中，控制部41、42、43、44在物理上也可以实现为同一元件(例如，集成在同一电路板上)。62.可以理解，在另一些实施例中，y轴方向的“sma金属丝-弹性件”结构可以仅包括“sma金属丝13-弹性件23”或“sma金属丝14-弹性件24”的其中一个。63.图10示出了另一些实施例中驱动装置04的示例性设置方式。在图10所示示例中，包括两根sma金属丝11(分别记作sma金属丝111、112)和两个弹性件21(分别记作弹性件211、212)。sma金属丝111和弹性件211形成第一对“sma金属丝-弹性件”结构，sma金属丝112和弹性件212形成第二对“sma金属丝-弹性件”结构，两对“sma金属丝-弹性件结构”沿y方向间隔设置。在每对“sma金属丝-弹性件”中，sma金属丝11与质量块30的移动方向(即，x轴方向)之间具有一较小的夹角θ1。示例性地，θ1可以为5°～15°。64.图11示出了另一些实施例中驱动装置05的示例性设置方式。图11在图11的基础上，增加了sma金属丝11与质量块30移动方向(即，x轴方向)之间的夹角。具体地，sma金属丝11与质量块30移动方向之间的夹角为θ2。示例性地，θ2可以为30°～55°。65.图12示出了另一些实施例中驱动装置06的示例性设置方式。在图12所示示例中，包括4根sma金属丝(分别为sma金属丝11、12、13、14)，4根sma金属丝可以形成四丝结构，以在x轴方向和y轴方向两个方向上驱动质量块30产生目标位移。66.综上所述，本技术提供的上述实施例仅例示性说明本技术的原理及其功效，而非用于限制本技术。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本技术的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本技术所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本技术的权利要求所涵盖。









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