CN101871420B - 舵叶轴固定式二自由度球形液压马达 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种舵叶轴固定式二自由度球形液压马达，包括定子、定子盖、球形转子、舵叶、方位滑轨、俯仰滑轨和角度传感器。球形转子一端有转子伸出轴，另一端同心地安装舵叶，舵叶有舵叶轴，定子安装在球形转子、舵叶、舵叶轴外围，定子盖安装在定子开口方，方位滑轨和俯仰滑轨两端安装在定子上，转子伸出轴穿过定子盖的内孔、方位滑轨的滑槽和俯仰滑轨的滑槽，方位滑轨和俯仰滑轨能够绕各自的旋转轴旋转，角度传感器分别固定在方位滑轨和俯仰滑轨上。本发明由液压直接驱动单一球形转子，实现可调节和控制的方位和俯仰两个自由度运动，避免了两个或多个独立的单自由度驱动进行复合的传动链，具有结构简洁紧凑和液压驱动固有的优点。

Description

舵叶轴固定式二自由度球形液压马达

技术领域

本发明涉及一种舵叶轴固定式二自由度球形液压马达，属于液压动力驱动及伺服控制技术领域。

背景技术

多自由度球面运动机构广泛应用于机器人、并联机床、运动仿真转台、稳定平台、天线跟踪转台、摄像云台等，实现方式有串联机构、并联机构、万向节机构和球形齿轮机构等，其共同的特点是由多个分立的单自由度运动合成得到多自由度的球面运动。

现有液压马达都是单自由度的旋转运动，若构成多自由度球面运动必须通过传动机构链进行复合，多个动力驱动机构分散布置，传动链长，有些机构存在奇异问题和运动解算复杂的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种具有球形转子的、液压直接驱动的、实现方位和俯仰两个自由度球面运动的、结构简洁紧凑的舵叶轴固定式二自由度球形液压马达。

本发明的舵叶轴固定式二自由度球形液压马达，包括定子、定子盖、球形转子、舵叶、方位滑轨、俯仰滑轨和角度传感器；

球形转子主体为两个同心的不同直径的部分球体，下端为小直径球体，小直径球体为大半球体，上端为大直径球体，大直径球体为小半球体，大直径球体凸出端部为圆环面，大直径球体顶部设有转子伸出轴，转子伸出轴的轴线通过球形转子球心并垂直于圆环面；

舵叶的内外球面与球形转子同心，舵叶连接舵叶轴，舵叶轴的轴线通过球形转子球心；舵叶的内球面与球形转子的小直径球体的球面形成动密封面；

定子为中空的部分内球面，内球面与球形转子同心地安装在球形转子和舵叶的外围，球形转子的大直径球体外球面和定子内球面形成动密封面，舵叶外球面和定子内球面形成动密封面；定子内球面的外围为中空圆筒，圆筒内部设有调节马达，内球面上设有孔，舵叶轴穿过孔连接调节马达，调节马达用于驱动舵叶轴转动来调节舵叶的转角；定子还设有滑轨旋转轴A和滑轨旋转轴B，滑轨旋转轴A和滑轨旋转轴B的轴线经过定子内球面的球心并且互相垂直；

定子上面的开口方固定安装有定子盖，定子盖的内球面与球形转子的大直径球体同心并且形成动密封面，定子盖上设有内孔，转子伸出轴穿过定子盖内孔；

方位滑轨和俯仰滑轨为圆弧形长条，方位滑轨和俯仰滑轨内外球面与球形转子同心，方位滑轨和俯仰滑轨中部均设有滑槽，方位滑轨的两端安装在定子的滑轨旋转轴A上，俯仰滑轨与方向滑轨正交，两端安装在定子的滑轨旋转轴B上，方位滑轨和俯仰滑轨能够分别绕滑轨旋转轴A和滑轨旋转轴B旋转；方位滑轨、俯仰滑轨的一端各安装一个角度传感器；转子伸出轴滑动配合地穿过两个滑槽，转子伸出轴能够在两个滑槽中滑动；

舵叶将定子内球面、球形转子大直径球体的圆环面、转子小直径球体的外球面所形成的密封容腔分割成两个工作容腔A和工作容腔B，两个工作容腔通过安装在定子中的舵叶轴配油，工作容腔A和工作容腔B之间的油液压差驱动球形转子摆动。

本发明的优点在于：

(1)本发明由液压直接驱动单一球形转子，实现可调节和控制的方位和俯仰两个自由度运动，避免了两个或多个独立的单自由度驱动进行复合的传动链；

(2)具有结构紧凑和液压驱动固有的优点。

附图说明

图1是本发明的舵叶轴固定式二自由度球形液压马达结构示意图；

图2是本发明的球形转子结构示意图；

图3是本发明的舵叶结构示意图；

图4是本发明的球形转子和舵叶安装的结构示意图；

图5是本发明的定子和定子盖的爆炸图；

图6是本发明的油腔结构示意图；

图中：

1-定子           2-球形转子    3-转子伸出轴     4-舵叶

5-舵叶轴         6-方位滑轨    7-俯仰滑轨       8-定子盖

9-滑槽           10-上滑块     11-下滑块        12-滑轨旋转轴A

13-滑轨旋转轴B   14-螺母       15-工作油腔A     16-工作油腔B

17-孔            18-圆柱面     19-圆环面        20-大直径球体

21-小直径球体    22-内孔       23-角度传感器

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明的舵叶轴固定式二自由度球形液压马达，如图1所示，包括定子1、定子盖8、球形转子2、舵叶4、方位滑轨6、俯仰滑轨7和角度传感器23。

如图2所示，球形转子2主体为两个同心的不同直径的部分球体。小直径球体21为大半球体，大直径球体20为小半球体，大直径球体20凸出端部为圆环面19。大直径球体20顶部设有转子伸出轴3，转子伸出轴3的轴线通过球形转子2球心并垂直于圆环面19。

舵叶4如图3、图4所示，舵叶4主体是两端带有翘起的部分中空球体，舵叶4的内外球面与球形转子2同心，舵叶4连接舵叶轴5，舵叶轴5的轴线通过球形转子2球心。舵叶4的内球面与球形转子2的小直径球体21的球面形成动密封面。舵叶4两端翘起部分形成圆柱面18，圆柱面18的轴线通过球形转子2球心，并且与球形转子2大直径球体20上的圆环面19形成动密封。

如图4所示，上部分为球形转子2，下部分为舵叶4，舵叶4的翘起部分外围为圆柱面18，圆柱面18和球形转子大直径球体20的圆环面19线接触，并且绕着舵叶轴5轴线转动。由于圆柱面18的轴线是球形转子2的摆动轴，当圆柱面18的轴线位置不同时，球形转子2就会随着上下摆动，球形转子2根据圆柱面18的轴线位置不同而上下摆动，以达到调节球形转子2方位的目的。

定子1如图5、图6所示，定子1上端为中空的部分内球面，内球面与球形转子2同心地安装在球形转子2和舵叶4的外围，球形转子2的大直径球体20外球面和定子1内球面形成动密封面，内球面上设有孔17，舵叶轴5穿过孔17安装在定子1上，舵叶4外球面和定子1内球面形成动密封面。定子1内球面的外围为中空圆筒，圆筒内部设有调节马达，定子1设有滑轨旋转轴A12和滑轨旋转轴B13，滑轨旋转轴A12和滑轨旋转轴B13的轴线经过定子1内球面的球心并且互相垂直，定子1内安装有调节马达用于驱动舵叶轴5转动来调节舵叶4的转角。定子1上在开口方固定安装有定子盖8，定子盖8的内球面与球形转子2的大直径球体20同心并且形成动密封面，定子盖8上设有内孔22，转子伸出轴3穿过定子盖8内孔22。内孔22的大小恰好可以限制转子伸出轴3达到方位滑轨6和俯仰滑轨7上的滑槽9的尽头。

如图6所示，舵叶4将定子1内球面、球形转子2大直径球体20的圆环面19、转子2小直径球体21的外球面所形成的密封容腔分割成两个工作容腔A15和工作容腔B16，两个工作容腔通过安装在定子1中的舵叶轴5配油，工作容腔A15和工作容腔B16之间的油液压差驱动球形转子2摆动。圆柱面18的轴线为球形转子2的摆动轴线。圆柱面18的轴线的方向取决于舵叶4的转角，舵叶4的转角取决于舵叶4绕舵叶轴5的轴线转动的相对位置，舵叶4的转角通过调节马达驱动舵叶轴5转动而改变。

如图1所示，方位滑轨6和俯仰滑轨7为圆弧形长条，方位滑轨6和俯仰滑轨7内外球面与球形转子2同心，方位滑轨6和俯仰滑轨7中部均设有滑槽9，方位滑轨6的两端安装在定子1的滑轨旋转轴A12上，俯仰滑轨7与方向滑轨6正交，两端安装在定子1的滑轨旋转轴B13上，方位滑轨6和俯仰滑轨7能够分别绕滑轨旋转轴A12和滑轨旋转轴B13旋转，两个滑轨一端各安装一个角度传感器23，通过测量方位滑轨6和俯仰滑轨7相对于定子1的旋转角度，由测量角度得到球形转子2旋转的方位角和俯仰角。转子伸出轴3穿过俯仰滑轨7与方向滑轨6中的滑槽9，上滑块10的内表面为部分球面，与方位滑轨6外球面滑动配合，下滑块11的外表面为部分球面，与俯仰滑轨7内球面滑动配合，上滑块10和下滑块11中部分别开有一个孔，通过孔将上滑块10和下滑块11穿过转子伸出轴3，上滑块10通过螺母14压在方向滑轨6的外侧、下滑块11通过另一个螺母14压在俯仰滑轨7的内侧，方位滑轨6和俯仰滑轨7之间设有间隙，可以通过上滑块10和下滑块11两侧螺母14的预紧调节，实现球形转子2的球心定位并支撑在方位滑轨6和俯仰滑轨7上，保持球形转子2与定子1的同心。

所述的舵叶轴固定式二自由度球形液压马达的工作过程为：

1、舵叶4的转动。通过安装在定子1的调节马达驱动舵叶轴5转动，从而带动舵叶4产生确定的转角，舵叶4的转角确定了圆柱面18轴线的方位。

2、球形转子2绕圆柱面18的轴线摆动。定子1内球面、球形转子2小直径球体21的外球面、大直径球体20的圆环面19形成密封容腔，舵叶4将该密闭容腔分成两个工作容腔A15和工作容腔B16。当工作油腔A15通入高压油液、工作油腔B16接通低压回油时，驱动球形转子2绕圆柱面18的轴线摆动。当工作油腔B16通入高压油液、工作油腔A15接通低压回油时，球形转子2的摆动方向相反。

通过舵叶4转角的调节，和球形转子2绕圆柱面18的摆动，实现球形转子2在方位和俯仰方向上的两个自由度的摆动。

Claims (5)

1.舵叶轴固定式二自由度球形液压马达，其特征在于，该马达包括定子、定子盖、球形转子、舵叶、方位滑轨、俯仰滑轨和角度传感器；

球形转子主体为两个同心的不同直径的部分球体，下端为小直径球体，小直径球体为大半球体，上端为大直径球体，大直径球体为小半球体，大直径球体凸出端部为圆环面，大直径球体顶部设有转子伸出轴，转子伸出轴的轴线通过球形转子球心并垂直于圆环面；

舵叶的内外球面与球形转子同心，舵叶连接舵叶轴，舵叶轴的轴线通过球形转子球心；舵叶的内球面与球形转子的小直径球体的球面形成动密封面；

定子为中空的部分内球面，内球面与球形转子同心地安装在球形转子和舵叶的外围，球形转子的大直径球体外球面和定子内球面形成动密封面，舵叶外球面和定子内球面形成动密封面；定子内球面的外围为中空圆筒，圆筒内部设有调节马达，内球面上设有孔，舵叶轴穿过孔连接调节马达，调节马达用于驱动舵叶轴转动来调节舵叶的转角；定子还设有滑轨旋转轴A和滑轨旋转轴B，滑轨旋转轴A和滑轨旋转轴B的轴线经过定子内球面的球心并且互相垂直；

定子上面的开口方固定安装有定子盖，定子盖的内球面与球形转子的大直径球体同心并且形成动密封面，定子盖上设有内孔，转子伸出轴穿过定子盖内孔；

方位滑轨和俯仰滑轨为圆弧形长条，方位滑轨和俯仰滑轨内外球面与球形转子同心，方位滑轨和俯仰滑轨中部均设有滑槽，方位滑轨的两端安装在定子的滑轨旋转轴A上，俯仰滑轨与方向滑轨正交，两端安装在定子的滑轨旋转轴B上，方位滑轨和俯仰滑轨能够分别绕滑轨旋转轴A和滑轨旋转轴B旋转；方位滑轨、俯仰滑轨的一端各安装一个角度传感器；转子伸出轴滑动配合地穿过两个滑槽，转子伸出轴能够在两个滑槽中滑动；

舵叶将定子内球面、球形转子大直径球体的圆环面、转子小直径球体的外球面所形成的密封容腔分割成两个工作容腔A和工作容腔B，两个工作容腔通过安装在定子中的舵叶轴配油，工作容腔A和工作容腔B之间的油液压差驱动球形转子摆动。

2.根据权利要求1所述的舵叶轴固定式二自由度球形液压马达，其特征在于，所述的方位滑轨外侧设有上滑块，上滑块的内表面为部分球面，与方位滑轨外球面滑动配合；所述的俯仰滑轨内侧设有下滑块，下滑块的外表面为部分球面，与俯仰滑轨内球面滑动配合，上滑块和下滑块中部分别开有一个孔，通过该孔将上滑块和下滑块穿过转子伸出轴，上滑块通过螺母压在方位滑轨的外侧、下滑块通过另一个螺母压在俯仰滑轨的内侧，方位滑轨和俯仰滑轨之间设有间隙，通过上滑块和下滑块两侧螺母的预紧调节，实现球形转子的球心定位并支撑在方位滑轨和俯仰滑轨上，保持球形转子与定子的同心。

3.根据权利要求1所述的舵叶轴固定式二自由度球形液压马达，其特征在于，所述的舵叶，其两端翘起部分形成圆柱面，圆柱面的轴线通过球形转子球心，并且与球形转子大直径球体上的圆环面形成动密封。

4.根据权利要求1所述的舵叶轴固定式二自由度球形液压马达，其特征在于，所述定子盖上的内孔，其大小使得转子伸出轴达到方位滑轨和俯仰滑轨上的滑槽的尽头。

5.根据权利要求1所述的舵叶轴固定式二自由度球形液压马达，其特征在于，所述的角度传感器测量方位滑轨和俯仰滑轨相对于定子的旋转角度，通过测量角度得到球形转子摆动的方位角和俯仰角。

Images