CN101825212A - 一种通用空间双定位转动机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种通用空间双定位转动机构，包括：用作机构底座的大转台，承载转动机构的其它组成部分并带动被承载物进行转动；大转台上设有入射射线载台，承载入射射线的发射装置；入射射线载台上设有小转台，作为承载装置并带动其上的被承载物进行转动；小转台上设有平面架载台，承载平面架，平面架可绕平面架载台的轴转动；平面架上装有平面载体，平面载体可绕其中心在平面架内转动；平面载体上装有平面物。本发明以上四个转动机构相互独立，均能实现相应平面内或绕轴360°转动；四个转动结构均依托底座平面转动，没有增加额外转动惯量结构，实现了高转动精度；该转动机构将入射射线与反射射线的发生机构“解放”出来，成为可以固定的机构。

Description

一种通用空间双定位转动机构

技术领域

本发明属于机械运动领域，涉及一种空间多维转动机构，更具体地，涉及一种实现空间双定位的通用转动机构，可用于科学研究、行业实际应用中所有需要精确实现空间双定位转动的场合。

背景技术

目前，空间多维转动结构有不少设计，但这些设计都以直观的弓形结构为基础，其不足之处主要有：(1)转动结构需要支撑负载的转动惯量，从而影响转动精度。(2)转动结构将双定位的位置都置于多维运动结构中，这样大量的运动会对双定位位置中的负载造成损伤，尤其是当负载是精密的仪器时。

图1中示出了空间多维转动机构中四种角度的变化。

四种角度指(其中入射平面指入射射线L_i与轴N形成的平面，反射平面指反射射线L_r与轴N形成的平面，底平面内角度的初始边为轴X，坐标原点即轴心为O)：

θ_i——入射射线L_i在入射平面内的角度，即入射射线L_i与轴N之间的夹角；

——入射射线L_i在空间的角度，即入射射线L_i在底平面的投影与轴X之间的夹角；

θ_r——反射射线L_r在反射平面内的角度，即反射射线L_r与轴N之间的夹角；

——反射射线L_r在空间的角度，即反射射线L_r在底平面的投影与轴X之间的夹角。

以上四个角度的变化范围：

θ_i：-90°～+90°，入射平面内以轴N为界，两个象限分别为正负角度；

0°～360°，全部在底平面内；

θ_r：-90°～+90°，反射平面内以轴N为界，两个象限分别为正负角度；

0°～360°，全部在底平面内。

通过上述四个角度的变化，可以实现入射射线L_i和反射射线L_r在空间的定位，即(θ_i，

)定位了入射射线L_i在空间的位置，(θ_r，

)定位了反射射线L_r在空间的位置。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够实现图1所示四种角度的变化的空间多维转动结构，并且为一种易于通用操作的精密结构。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种通用空间双定位转动机构，其特征在于，包括：

大转台，用作所述转动机构的底座，其上承载所述转动机构的其它组成部分并能带动被承载物进行转动；

入射射线载台，位于大转台上；

小转台，位于入射射线载台上，作为承载装置并能带动其上的被承载物进行转动；

平面架载台，位于小转台上，其上承载平面架；

平面架，位于平面架载台上，其上安装有平面载体；

平面载体，通过销轴安装在平面架上，用于承载平面物。

其中，所述大转台上安装有大转台电机，用于带动大转台及其上的被承载物在平面内转动。

其中，所述小转台上安装有小转台电机，用于带动小转台及其上的被承载物在平面内转动。

其中，所述平面架上安装有俯仰调节电机，用于带动安装在平面架上的平面载体和平面物绕平面架的轴绕轴转动。

其中，所述平面载体上安装有投影调节电机，用于带动平面物转动。

本发明通用空间双定位转动机构的优点在于：(1)机构四个转动相互独立，每个都可以绕自身的中心轴实现360°转动；(2)机构四个转动的四个中心轴相交于中心点，并且在四个独立转动过程中中心点不变动，即无论入射射线与反射射线在空间如何定位，它们的交汇点在空间始终不变；(3)机构四个转动结构均实行了依托底座的平面转动方式，没有架空等增加额外转动惯量的结构，实现了较高的转动精度；(4)机构通过对平面物的四个转动实现了入射射线与反射射线的空间双定位，从而将入射射线与反射射线的发生机构“解放”出来，成为可以固定的机构。

附图说明

图1是本发明通用空间双定位转动机构四种角度变化定义图示；

图2是本发明通用空间双定位转动机构三维空间结构示意图；

图3是本发明通用空间双定位转动机构转动功能示意图；

图4是本发明通用空间双定位转动机构四种角度的等价立体几何图。

图中，1：大转台电机；2：小转台电机；3：俯仰调节电机；4：投影调节电机；5：大转台；6：入射射线载台；7：小转台；8：平面架载台；9：平面载体；10：平面架；11：平面物(即图1中底平面)；12：入射射线；13：反射射线；14：平面法线(即图1中轴N)；11、12、13、14的交点即为轴心O。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式就本发明所述的通用空间双定位转动机构做进一步说明。

图2是本发明通用空间双定位转动机构三维空间结构示意图。由图可知，该通用空间双定位转动机构包括大转台5，用作所述转动机构的底座，其上承载所述转动机构的其它组成部分并能带动被承载物进行转动，其侧面安装有大转台电机1；入射射线载台6，位于大转台上；小转台7，位于入射射线载台6上，作为承载装置并能带动其上的被承载物进行转动，其侧面安装有小转台电机2；平面架载台8，位于小转台7上，其上承载平面架10；平面架10，位于平面架载台8上，其上安装有平面载体9，其侧面安装有俯仰调节电机3；平面载体9，通过销轴安装在平面架10上，其上安装有平面物11，以及投影调节电机4；平面物11，位于平面载体9上。

结合图2和图3对通用空间双定位转动机构转动功能描述

大转台电机1可以带动大转台5上的所有机构(包括2-11的所有机构)实现如图3中所示的XY平面内360°转动。

小转台电机2可以带动小转台7上的所有机构(包括3、7-11所有机构)实现如图3中所示的XY平面内360°转动。

俯仰调节电机3可以带动平面载体9、平面物11绕平面架10的轴实现绕轴360°转动。

投影调节电机4可以带动平面物11绕平面法线14实现360°转动。

如图4所示，是由图1所示的原理图得到的等价立体几何图。

图中：

——入射射线L_i与反射射线L_r之间的夹角。是入射射线L_i与反射射线L_r的相对位置；

S₁——入射射线L_i与反射射线L_r所确定的平面；

θ——轴N与平面S₁之间的夹角；

n——轴N在平面S₁内的投影线；

S₂——轴N与线n所确定的平面；

S₃——与轴N相垂直的平面。

则根据立体几何，设N＝1，则有以下关系式：

l²＝sec²θ_r+sec²θ_i-2secθ_rsecθ_icoSθ

由上述两式可以得到θ的解析式：

又由S₂和S₃的面积相等关系，可以得到：

$S_3=\frac{1}{2}\mathrm{lh}$

因为S₂＝S₃，所以：

其中：

则有：

从而得到的解析式。

从以上推导中可以得到，所谓空间双定位，即指(θ_i，

)，(θ_r，

)四个角度的确定。当这四个角度确定时，角度和θ也就确定了，而这两个角度可以在设计方案中实现。其中大转台电机1和小转台电机2的转动实现了

(入射射线L_i与反射射线L_r的相对位置定位)，俯仰调节电机3的转动实现了θ，而投影调节电机4的转动实现了

的绝对定位(即图1中入射射线L_i与反射射线L_r和轴X之间的角度)。

反过来，即该设计方案的四个电机的独立转动实现了四个角度的独立确定，从而实现了通用空间双定位。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种通用空间双定位转动机构，其特征在于，包括：

大转台(5)，用作所述转动机构的底座，其上承载所述转动机构的其它组成部分并能带动被承载物进行转动；

入射射线载台(6)，位于大转台(5)上；

小转台(7)，位于入射射线载台(6)上，作为承载装置并能带动其上的被承载物进行转动；

平面架载台(8)，位于小转台(7)上，其上承载平面架(10)；

平面架(10)，位于平面架载台(8)上，其上安装有平面载体(9)；

平面载体(9)，通过销轴安装在平面架(10)上，用于承载平面物(11)。

2.如权利要求1所述的通用空间双定位转动机构，其特征在于，所述大转台(5)上安装有大转台电机(1)，用于带动大转台(5)及其上的被承载物在平面内转动。

3.如权利要求1所述的通用空间双定位转动机构，其特征在于，所述小转台(7)上安装有小转台电机(2)，用于带动小转台(7)及其上的被承载物在平面内转动。

4.如权利要求1所述的通用空间双定位转动机构，其特征在于，所述平面架(10)上安装有俯仰调节电机(3)，用于带动安装在平面架(10)上的平面载体(9)和平面物(11)绕平面架(10)的轴绕轴转动。

5.如权利要求1所述的通用空间双定位转动机构，其特征在于，所述平面载体(9)上安装有投影调节电机(4)，用于带动平面物(11)转动。

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