CN102287517B - 数控万向摇摆机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种数控万向摇摆机构，是针对现有同类产品的喷头在三维空间较难独立地任意方向摇摆或偏移的技术问题而设计的。该数控万向摇摆机构中主传动轴为中心轴线的该机构顶部设有动接头；其要点是所述动接头绕一水平轴在垂直方向上作无限制旋转；所述水平轴与转盘连接，动接头通过转盘在圆周方向上作水平方向无限制旋转。本发明将控制机构发出的控制信号精确地转变成喷头或灯头的摆动、转动或一定角度偏转，其运动角度、速度均由控制机构数字化控制；加上原点检测装置，使得控制更为方便、精确，具有输出转矩大、控制数字化、运动精确、控制方便，运动灵活的特性。

Description

数控万向摇摆机构

技术领域

本发明涉及摇摆机构的制造领域，具体地说是一种数控万向摇摆机构，用于探照灯头或音乐喷泉用喷头。

背景技术

目前，音乐喷泉用喷头根据其结构不同一般分为固定式摇摆喷头、联动式摇摆喷头，以及普通数控喷头。固定式摇摆喷头一般不能实现动态摇摆；而联动式摇摆喷头一般只能实现径向或轴向摇摆，同时较难实现三维空间内的万向摇摆或单个摇摆；普通数控喷头一般体积较大，结构较为复杂，同时较难实现三维空间内的任意摇摆。为此，如果结合上述三种喷头的结构特点组合制成组合式摇摆喷头，但由于其存在缠线问题，在水平方向上的最大旋转角度只能限制于绕圆周一周，而较难无限制地进行圆周旋转。

另外，如中国专利文献刊载的公告号CN2744420Y，授权公告日2005年12月7日，实用新型名称“音乐喷泉用数控万向摇摆喷头”。上述数控万向摇摆喷头具有万向摇摆的功能，但该数控万向摇摆喷头不是绕着机构的中心轴线进行摇摆和旋转的，而且水平方向上的最大旋转角度只能限制于绕圆周一周，并不是实际意义上的万向摇摆。同时，现在国内外同类产品中缺少一种能处于中心轴线位置，进行无限制绕圆周旋转的万向摇摆机构。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种在中心轴线上进行无限制摇摆和旋转的数控万向摇摆机构。为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种数控万向摇摆机构，该数控万向摇摆机构中主传动轴为中心轴线的该机构顶部设有动接头；其结构设计要点是所述动接头绕一水平轴在垂直方向上作无限制旋转；所述水平轴与转盘连接，动接头通过转盘在圆周方向上作水平方向无限制旋转。该数控万向摇摆机构利用非接触式的感应原点检测装置，使该数控万向摇摆机构在垂直方向的旋转和水平方向的旋转不产生缠线问题，从而实现无限制旋转的技术目的。

作为本发明的进一步改进，所述水平轴为蜗轮轴，所述蜗轮轴设有与蜗杆相啮合的蜗轮，所述蜗杆由步进电机A、锥齿轮、圆锥直齿、主传动轴、第一圆柱直齿、直齿轮、第二圆柱直齿、传动轴、第三圆柱直齿、第四圆柱直齿依次相连进行啮合驱动，带动所述蜗轮轴和固定在所述蜗轮轴上的所述动接头一起转动。该明数控万向摇摆机构的末端传动是采取蜗杆带动蜗轮的结构形式，这样使带喷头或灯头的动接头定位间隙更加精密，并实现机械自锁。

作为本发明的进一步改进，所述动接头相对于所述蜗轮轴的另一端设有平衡动接头重量用的长柱形定位杆。新设的增长定位杆用于平衡带喷头或灯头的动接头，使其在绕水平轴垂直旋转的过程中力点更加均匀、定位更加精准。

作为本发明的进一步改进，所述定位杆与位于所述转盘中心位置设置的接近开关相对应，共同构成该数控万向摇摆机构垂直方向上的原点检测装置A。即定位杆构成原点检测装置A的被检测体，被检测体与转盘中心位置的接近开关相对应；当接近开关检测到与动接头同步旋转的被检测体时，接近开关闭合，反馈信号给音乐喷泉的电气控制系统，使旋转控制机构A回到原点。

作为本发明的进一步改进，所述转盘由步进电机B、箱体减速机构、圆锥齿轮II、圆锥齿轮I、齿轮轴、转盘转接依次相连进行啮合驱动，带动所述转盘和固定在所述蜗轮轴上的所述动接头一起转动。

作为本发明的进一步改进，所述转盘设有凸起的被检测体，被检测体与位于齿轮箱上的接近开关相对应，共同构成该数控万向摇摆机构水平方向上的原点检测装置B。原点检测装置B的工作原理与上述原点检测装置A相同，利用原点检测装置B使旋转控制机构B回到原点。

作为本发明的进一步改进，所述接近开关为两线制防水磁性开关。原点检测装置采用两线制防水磁性开关，活动体安装磁钢，固定体安装磁性开关。当活动体通过固定体时，磁性开关通电后与磁钢产生吸合定位，定位迅捷稳定。磁性开关是无源两线做通断作用，防止变频器干扰。

本发明将控制机构发出的控制信号精确地转变成喷头或灯头的摆动、转动或一定角度偏转，其运动角度、速度均由控制机构数字化控制，而且两个旋转控制机构的旋转方相垂直，以实现喷头或灯头在三维空间内的万向摇摆，加上原点检测装置，使得控制更为方便、精确，具有输出转矩大、控制数字化、运动精确、控制方便，运动灵活的特性。

本发明应用于现有的音乐喷泉的喷头，解决了现有喷头在三维空间不能独立地任意方向摇摆或偏移的技术问题。通过本发明使喷头在垂直旋转方向和水平旋转方向上实现无限制的角度旋转，并在音乐喷泉电气控制系统的控制下，与其它的数控万向摇摆音乐喷泉喷头一起联动，组成复杂多变的水景造型。本发明比现有固定式喷头和联动式摇摆喷头、组合式摇摆喷头在音乐喷泉中所组合的水景造型更为灵活复杂，壮观精彩。

附图说明

图1是本发明具体实施例的内部结构示意图，图中A为垂直旋转控制机构，B为水平旋转控制机构；

图2是本发明具体实施例的外型结构示意图；

图3是本发明具体实施例的立体结构示意图，图中箭头为动接头的动无限制旋转方向；

图4是图3的内部部分结构示意图；

图5是本发明具体实施例的爆炸结构示意图；

图6是本发明步进电机驱动器内部电路接口图（其中光耦发光管导通电流>10mA）；

图7是本发明摇摆电机与驱动器及原点检测的电路接线图；

图8是本发明旋转电机与驱动器及原点检测的电路接线图；

以上附图的序号及名称为：

1、步进电机A，2、锥齿轮，3、圆锥直齿，4、底座，5、轴套管，6、进水管，7、齿轮箱，8、主传动轴，9、转盘转接，10、转盘，11、第一圆柱直齿，12、直齿轮，13、第二圆柱直齿，14、转盘盖，15、定接头，16、传动轴，17、定接头I，18、第三圆柱直齿，19、第四圆柱直齿，20、轴承盖，21、蜗杆，22、蜗轮，23、蜗轮箱盖，24、蜗轮箱，25、O型圈，26、喷头，27、喷头接头，28、动接头，29、O型圈，30、蜗轮轴，31、轴承盖，32、定接头II，33、定位杆，34、原点检测装置A，35、原点检测装置B，36、齿轮轴，37、圆锥齿轮I，38、圆锥齿轮II，39、箱体减速机构，40、步进电机B。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

如图1～图5所示，本发明具体实施例的设计方案是采用两台精密步进电机，步进电机A1通过齿轮、蜗杆21、蜗轮22驱动喷头在垂直方向旋转，步进电机B40通过减速装置和齿轮驱动喷头在水平方向旋转，从而实现安装于动接头28上的喷头（或灯头）在三维空间内万向摇摆。另外，为了防止精密步进电机控制出现不同步，产生多个音乐喷泉用的该数控万向摇摆机构中喷头运行不一致的现象；每个精密步进电机分别安装了原点检测装置。其机械结构具体如下：

垂直旋转控制机构A由步进电机A1、锥齿轮2、圆锥直齿3、主传动轴8、第一圆柱直齿11、直齿轮12、第二圆柱直齿13、传动轴16、第三圆柱直齿18、第四圆柱直齿19、蜗杆21、蜗轮22，以及动接头28组成。运动方式由步进电机驱动器接收信号后驱动步进电机A1旋转，其传动连接方式是步进电机A1与锥齿轮2连接，步进电机A1带动锥齿轮2旋转，锥齿轮2与圆锥直齿3啮合，圆锥直齿3带动主传动轴8旋转，主传动轴8与第一圆柱直齿11连接，第一圆柱直齿11与直齿轮12啮合，直齿轮12与第二圆柱直齿13啮合，第二圆柱直齿13与传动轴16连接带动第三圆柱直齿18，第三圆柱直齿18与第四圆柱直齿19啮合带动蜗杆21旋转，蜗杆21带动蜗轮22，蜗轮22与蜗轮轴30连接，蜗轮轴30带动动接头28，从而带动喷头26进行着垂直方向上的旋转。

水平旋转控制机构B由步进电机B 40、箱体减速机构39、圆锥齿轮II38、圆锥齿轮I37、齿轮轴36、转盘转接9、转盘10、定接头I17、定接头II32，以及动接头28组成。运动方式由步进电机驱动器接收信号后驱动步进电机B40旋转，其传动连接方式是步进电机B40与箱体减速机构39连接，箱体减速机构39的输出端与圆锥齿轮II38连接，圆锥齿轮II38与圆锥齿轮I37啮合，带动齿轮轴36旋转，齿轮轴36与转盘转接9连接，转盘转接9与转盘10连接，转盘10与定接头I17、定接头II30连接，定接头I17、定接头II32与动接头28连接，从而带动喷头26进行着水平方向上的旋转。

这样，垂直旋转控制机构A的垂直旋转与水平旋转控制机构B的水平旋转产生联动效应，构成了喷头26在三维空间内万向摇摆的机械结构。同时，上述结构需通过原点检测装置进一步实现喷头在三维空间内的万向摇摆。其原点检测装置的结构具体如下：

原点检测装置A34由分别安装于转盘盖14上的接近开关和安装于动接头28的定位杆33组成。接近开关与转盘盖14连接，定位杆33与动接头28连接；定位杆33固定在动接头28上，并随着动接头28一起旋转；而接近开关固定在转盘10的中心位置不动。当接近开关检测到动接头28上的被检测体（即定位杆33）时，接近开关闭合，反馈信号给音乐喷泉的电气控制系统，使垂直旋转控制机构A回到原点。

原点检测装置B35由分别安装于齿轮箱7上的接近开关和安装于转盘10上凸起的被检测体组成。接近开关与齿轮箱7连接，被检测体与转盘10连接；被检测体固定在转盘10上，并随着转盘10一起旋转，而接近开关固定在齿轮箱7上不动。当接近开关检测到与动接头28同步旋转的被检测体时，接近开关闭合，反馈信号给音乐喷泉的电气控制系统，使水平旋转控制机构B回到原点。

根据上述结构特点和工作原理，通过水泵吸进该数控万向摇摆机构的水由垂直旋转控制机构A的进水管6进入，由喷头26喷出。

如图6、图7、图8所示该数控万向摇摆机构中电气控制系统的具体接线图，图中摇摆电机和旋转电机均为二相电机（摇摆电机即为步进电机A，旋转电机即为步进电机B）；注意：1、步进脉冲CP上升沿有效，持续时间>10μS；2、“H/D”是细分选择位，默认为1/2；需要1/8细分时，只要将该端子接“GND”端子上即可；3、步进电机的相电流是5A，需将驱动器的电流也设定为5A。

本发明在音乐喷泉中的具体应用是先将该数控万向摇摆机构的进水管6装于管路上，喷头26装于动接头28的方向垂直，并处于机构的中心轴线上；再将该数控万向摇摆机构的步进电机A1、步进电机B40分别接到各自的步进电机驱动器上，将驱动器与原点检测装置A34、原点检测装置B35所连接的接近开关接入音乐喷泉电气控制系统中；当使用该数控万向摇摆机构进行音乐喷泉表演时，音乐喷泉电气控制系统发出控制信号，步进电机A1、步进电机B40所连接的驱动器再把控制信号放大，控制该数控万向摇摆机构的步进电机A1、步进电机B40转动。垂直旋转控制机构A中的步进电机A1与锥齿轮2连接，步进电机A1带动锥齿轮2旋转，锥齿轮2与圆锥直齿3啮合，圆锥直齿3带动主传动轴8旋转，主传动轴8与第一圆柱直齿11连接，第一圆柱直齿11与直齿轮12啮合，直齿轮12与第二圆柱直齿13啮合，第二圆柱直齿13与传动轴16连接，带动第三圆柱直齿18，第三圆柱直齿18与第四圆柱直齿19啮合带动蜗杆21旋转，蜗杆21带动蜗轮22，蜗轮22与蜗轮轴30连接，蜗轮轴带动动接头28从而使喷头26进行垂直方向旋转。

由于旋转控制机构的垂直旋转控制机构A与水平旋转控制机构B的联动效应，安装于动接头28上的喷头26即在音乐喷泉电气控制系统的控制下，在三维空间内万向摇摆，进行水景造型，喷泉表演。当该数控万向摇摆机构的喷头需要回复到原点时，由音乐喷泉电气控制系统发出控制指令，让喷头进行原点回复运动；当回复到原点时，该数控万向摇摆机构的定接头上所装的接近开关检测到安装于动接头上的被检测物，就发反馈信号给电气控制系统，电气控制系统停止喷头的原点回复运动。该数控万向摇摆机构的喷头在喷泉表演的具体运动由音乐喷泉的电气控制系统决定。

以上具体实施方式列举的仅是本发明的一种具体实施例，本发明并不限于以上实施例。本领域的普通技术人员从本发明公开的内容中直接导出或联想到的显而易见的技术改进，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种数控万向摇摆机构，该数控万向摇摆机构中主传动轴（8）为中心轴线的该机构顶部设有动接头（28）；所述动接头（28）绕一水平轴在垂直方向上作无限制旋转；所述水平轴与转盘（10）连接，动接头通过转盘在圆周方向上作水平方向无限制旋转；其特征在于所述水平轴为蜗轮轴（30），所述蜗轮轴（30）设有与蜗杆（21）相啮合的蜗轮（22），所述蜗杆（21）由步进电机A（1）、锥齿轮（2）、圆锥直齿（3）、主传动轴（8）、第一圆柱直齿（11）、直齿轮（12）、第二圆柱直齿（13）、传动轴（16）、第三圆柱直齿（18）、第四圆柱直齿（19）依次相连进行啮合驱动，带动所述蜗轮轴（30）和固定在所述蜗轮轴（30）上的所述动接头（28）一起转动。

2.根据权利要求1所述的数控万向摇摆机构，其特征在于所述动接头（28）相对于所述蜗轮轴（30）的另一端设有平衡动接头重量用的长柱形定位杆（33）。

3.根据权利要求2所述数控万向摇摆机构，其特征在于所述定位杆（33）与位于所述转盘（10）中心位置设置的接近开关相对应，共同构成该数控万向摇摆机构垂直方向上的原点检测装置A（34）。

4.根据权利要求1至3中任一项所述数控万向摇摆机构，其特征在于所述转盘（10）由步进电机B（40）、箱体减速机构（39）、圆锥齿轮II（38）、圆锥齿轮I（37）、齿轮轴（36）、转盘转接（9）依次相连进行啮合驱动，带动所述转盘（10）和固定在所述蜗轮轴（30）上的所述动接头（28）一起转动。

5.根据权利要求4所述数控万向摇摆机构，其特征在于所述转盘（10）设有凸起的被检测体，被检测体与位于齿轮箱（7）上的接近开关相对应，共同构成该数控万向摇摆机构水平方向上的原点检测装置B（35）。

6.根据权利要求3或5所述数控万向摇摆机构，其特征在于所述接近开关为两线制防水磁性开关。

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