CN102955251B - 实现粗精两级扫描的转动棱镜装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种实现粗精两级扫描的转动棱镜装置，包括棱镜及内外镜框总成、蜗轮蜗杆运动机构、旋转电机、偏摆电机及转动半轴总成、消隙电机及消隙齿轮总成、旋转编码器总成、偏摆编码器总成、矩形框架和机座，旋转电机通过蜗轮蜗杆机构驱动棱镜及内外镜框总成实现全圆周旋转，偏摆电机直接耦合矩形框架实现棱镜及内外镜框总成的偏摆运动，整个装置安装在机座上。本发明所述棱镜通过蜗轮蜗杆驱动实现全圆周大范围旋转，满足动态光束的粗扫描要求，所述旋转运动机构和偏摆运动机构嵌套组合，在单套装置中巧妙的实现了粗精扫描功能的集成，避免了粗精扫描分离设计带来的空间结构分散，且系统的粗精误差项难以分离和溯源修正的问题。
Description
技术领域
本发明涉及光学传递系统，具体涉及一种实现粗精两级扫描的转动棱镜装置。
背景技术
折射式棱镜扫描机构在动态光学跟踪中具有广泛的用途，可以精确实现光路的对准、被测对象的跟踪、光束指向误差的补偿修正等。
（1）以下在先技术中给出了旋转棱镜扫描装置的应用及结构组成。
在先技术（Xiaodong Tao, etc., “Active optical system for variable view imaging of micro objects with emphasis on kinematic analysis”, Applied Optics, 2008, 47(22):4121-4132，等系列文章）使用旋转双棱镜实现微物体的变视场成像扫描；在先技术（Mario Tirabassi，etc., “Scanning LDV using wedge prisms”, Optics and Lasers in Engineering, 2009, 47: 454-460）将旋转双棱镜用于激光多普勒测量领域；其他还有将旋转双棱镜应用于螺旋微结构制造（C.T. Pan，“Dynamic characterization of silicon-based microstructure of high aspect ratio by dual-prism UV laser system”，Sensors and Actuators A ，2005, 122, 45-54）、卫星光通信终端运动轨迹模拟和地面检测(L.R. Liu, etc., Physical basis and corresponding instruments for PAT performance testing of inter-satellite laser communication terminals. Proceedings of SPIE-The International Society for Optical Engineering, 2006, 6304, 63040C1-63040C11, Free-Space Laser Communications VI.)、剪切干涉仪光束定向调整（G. Paez, etc., “Vectorial shearing interferometer,”Applied Optics, 2000, 39, 5172-5178）等场合。
在先技术（祖继锋等专利，申请号03129234.8，授权日2003年6月13日）提出采用电机组配合齿轮传动实现旋转双棱镜的不同运动组合，实现模拟卫星相对运动的要求。但是给出的电机组合驱动方案及控制系统较复杂，存在电机驱动精度相互影响及空间布置困难等问题。在先技术（云茂金等专利，申请号200310108487.7，申请日2003年11月7日）也给出了类似的方案。
在先技术（Miroslaw Ostaszewski, etc., Risley Prism Beam Pointer, Proc. of SPIE, 2006, Vol. 6304, 630406-1）采用力矩电机直接驱动双棱镜旋转，结构较为紧凑，无复杂的机械传动。但是对于全圆周旋转棱镜来说，采用力矩电机直接驱动棱镜旋转，存在力矩波动和齿槽效应问题，这将影响直接驱动的精度，而且用于大型棱镜系统的直接驱动电机，一般需要特殊定制，研制成本也比较高。
（2）以下在先技术中给出了偏摆棱镜扫描装置的结构组成。
在先技术（孙建锋等专利，申请号：200410024986.2，申请日2004年10月“星间激光通信终端高精度动静态测量装置”）中采用步进电机直接耦合转动轴而实现双棱镜的偏摆，从而实现角度调节。但是该机械系统没有给出偏摆双棱镜的转动角度的检测信息，难以实时修正双棱镜的转角误差。
在先技术（李安虎等专利，申请号：200510026553.5，申请日2005年6月“双光楔光束偏转机械装置”）中，提出了直线电机通过顶杆直接顶进棱镜框的偏摆方式，运动中属于变负载系统，不仅控制精度难以保证，而且难以克服回位弹簧和顶杆等在运动中产生的摩擦和异响。
在先技术（李安虎等专利，申请号：201010588924.X，申请日2010年12月“偏摆光楔扫描装置”）中通过三个机械模块的运动耦合实现了光楔的偏摆运动，但由于第一模块和第三模块都采用了滑动导轨方案，都是通过滑块在其导轨上的滑动实现的，因此两级滑动导轨产生的误差累积影响了偏摆角度调节的精度，同时第二模块采用关节轴承也存在运动间隙，影响系统使用精度。
在先技术（李安虎等专利，申请号：201210375722.6，申请日2012年10月“采用凸轮驱动的摆镜机构”提出采用凸轮驱动的摆动双棱镜机构，凸轮经过带轮驱动。凸轮轮廓曲线直接影响到偏摆精度，研制式时凸轮轮廓曲线的成形加工难度较大。
（3）以下在先技术给出了双棱镜粗精耦合扫描装置的结构组成。
在先技术（Anhu Li, etc., “Laser Coarse-fine Coupling Scanning Method by Steering Double Prisms”, Applied Optics, 2012, 51(3):356-364）提出采用两个力矩电机分别耦合到双棱镜镜筒上，直接驱动双棱镜旋转，实现折射光束的粗扫描；在粗扫描的基础上，设计了嵌套了牵连式偏摆机构，实现了双棱镜正交偏摆运动，可以实现精扫描。采用力矩电机耦合棱镜实现全圆周旋转和采用牵连式机构实现棱镜偏摆，分别存在上述在先技术（Miroslaw Ostaszewski, etc., Risley Prism Beam Pointer, Proc. of SPIE, 2006, Vol. 6304 630406-1）和（李安虎等专利，申请号：201010588924.X）等所述的相同缺陷。实际上，在设计棱镜旋转和偏摆嵌套的机构时，应该尽可能的减少两级运动的误差传递，而该系统在旋转运动的基础上，采用三个模块的牵连式偏摆方法，将会产生更多的机械误差累积，从而影响到棱镜扫描的精度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种实现粗精两级扫描的转动棱镜装置。本发明采用蜗轮蜗杆使棱镜绕光轴中心线旋转以实现粗扫描，电机直接耦合水平转动轴（或垂直转动轴）使棱镜主截面绕水平轴（或垂直轴）偏摆以实现精扫描，且棱镜旋转和偏摆运动集成在一套装置中的设计方法，以克服在先技术的不足之处。
本发明提出的实现粗精两级扫描的转动棱镜装置，包括棱镜及内外镜框总成、蜗轮蜗杆运动机构、旋转电机、偏摆电机及转动半轴总成、消隙电机及消隙齿轮总成、旋转编码器总成、偏摆编码器总成、矩形框架和机座，其中：
旋转电机通过蜗轮蜗杆机构驱动棱镜及内外镜框总成实现全圆周旋转，而偏摆电机直接耦合矩形框架实现棱镜及内外镜框总成的偏摆运动，整个装置安装在机座上。
所述的棱镜及内外镜框总成包括棱镜1、楔形块41、内镜筒46、外镜筒、滚动轴承、联结轴和固定板：棱镜1和楔形块41位于内镜筒46内，棱镜1的楔面侧通过楔面侧衬垫43连接楔形块41，楔形块41的平面侧通过楔形块挡圈40固定于内镜筒46内；棱镜1的平面侧设有平面侧衬垫42，并通过棱镜挡圈45固定于内镜筒46内；内镜筒46通过第五滚动轴承34和第六滚动轴承35分别支撑在第一外镜筒16和第二外镜筒36的内圆周面上；第五滚动轴承34和第六滚动轴承35的内圈由蜗轮蜗杆运动机构上的蜗轮4两侧台阶限位，第五滚动轴承34的外圈由第一外镜筒16的内台阶和第五滚动轴承挡圈50限位，第六滚动轴承35的外圈由第二外镜筒36的内台阶和第六滚动轴承挡圈39限位；第一外镜筒16两端分别固定第一联结轴10和第二联结轴11，第一联结轴10和第二联结轴11上分别固定在第一固定板47和第二固定板27上；第二外镜筒36两端分别固定第三联结轴37和第四联结轴38，第三联结轴37和第四联结轴38上分别固定在第三固定板48和第四固定板49；第一固定板47、第二固定板27、第三固定板48和第四固定板49固定于矩形框架2上两侧内；
所述蜗轮蜗杆机构包括蜗轮4、蜗杆5、旋转电机7和滚动轴承: 蜗杆5和蜗轮4啮合，蜗杆5通过第二滚动轴承22和第三滚动轴承25支撑在矩形框架2的两侧；第二滚动轴承22的内圈由蜗杆5的轴上台阶限位，外圈分别由第三挡圈20和第四挡圈21限位固定；第三滚动轴承25的内圈由蜗杆5的轴上台阶限位，外圈两侧面分别由第五挡圈23和第六挡圈24限位固定；第三挡圈20、第四挡圈21、第五挡圈23和第六挡圈24都固定在矩形框架2上；蜗杆5上端联结旋转电机7的动子上，旋转电机7的定子安装在矩形框架2上；
所述偏摆电机及转动半轴总成包括偏摆电机6、偏摆轴左段8和偏摆轴右段9：偏摆电机6的动子安装在偏摆轴左段8上；偏摆轴左段8端部通过轴上台阶刚性固定在矩形框架2的孔内，偏摆轴左段8中间部分通过第一滚动轴承18支撑在机架3的孔内；第一滚动轴承18的内圈由偏摆轴左段8的轴上台阶限位，外圈坐落在机架3的孔内圆周面上，第一滚动轴承18外圈两侧面分别由第一挡圈17和第二挡圈19限位固定；第一挡圈17和第二挡圈19分别固定在机架3上；偏摆电机6的定子固定在机架3上，偏摆轴右段9端部通过轴上台阶刚性固定在矩形框架2的孔内，偏摆轴右段9中间部分通过第四滚动轴承29支撑在机架3的孔内；第四滚动轴承29的内圈由偏摆轴右段9的轴上台阶限位，外圈坐落在机架3的孔内圆周面上，第四滚动轴承29外圈两侧面分别由第七挡圈31和第八挡圈32限位固定；第七挡圈31和第八挡圈32分别固定在机架3上；
所述的消隙电机及消隙齿轮总成包括消隙电机12、消隙主动齿轮13电机支架28和消隙被动齿轮33：消隙电机12通过电机支架28固定在矩形框架2上，消隙电机12输出轴固定在联轴器44输入端，联轴器44输出端固定在消隙主动齿轮13上；消隙主动齿轮13和消隙被动齿轮33啮合；
所述的旋转编码器总成包括第二编码器15和第二读数头26：第二编码器15固定在蜗杆5的轴下端面上，第二读数头26固定在第六挡圈24上；
所述的偏摆编码器总成包括第一编码器14和第一读数头30：第一编码器14固定在偏摆轴右段9的端面上，第一读数头30固定在第七挡圈31上。
本发明中，所述的旋转运动是实现大范围扫描要求，而偏摆运动是实现小范围高精度扫描要求。
本发明中，所述蜗杆的安装方式可以根式实际布置需要，既可以垂直安装，也可以水平安装，相应的旋转编码器总成也做出对应的安装调整。
本发明中，所述的偏摆电机及转动轴可以根据布置需要，既可以垂直安装，也可以水平安装，相应的偏摆编码器总成也做出对应的安装调整。
本发明中，所述的第一编码器角度检测装置和偏摆电机驱动系统以及第二编码器角度检测装置和旋转电机驱动系统都可以组成开环或闭环控制系统。
本发明中，所述的装置可以级联使用，如采用两套装置，两套装置中棱镜的旋转运动相同，而第一套装置中让棱镜主截面绕水平轴偏摆，第二套装置中让棱镜主截面绕垂直轴偏摆。通过让两个棱镜同轴旋转，可以满足二维粗扫描；通过让两个棱镜空间正交偏摆，可以满足二维精扫描的使用要求。
本发明的技术优点：
1. 本发明中，所述的棱镜1既可以通过蜗轮蜗杆驱动实现全圆周大范围旋转，满足动态光束的粗扫描要求，也可以通过偏摆电机6实现绕水平轴或垂直轴的偏摆运动，满足动态光束的精扫描要求。棱镜的旋转运动和偏摆运动为独立运动形式，既可以同步工作，也可以顺序工作。
2. 本发明中，所述的旋转运动机构和偏摆运动机构嵌套组合，在单套装置中巧妙的实现了粗精扫描功能的集成，避免了粗精扫描分离设计带来的空间结构分散，且系统的粗精误差项难以分离和溯源修正的问题。
3. 本发明中，所述的旋转运动部分蜗轮蜗杆传动方式，具有大传动比、结构简单等优点。为了避免蜗轮蜗杆的空回和啮合间隙，本发明同时采用了阻尼齿轮消隙装置，可以有效的提高传动精度。
4. 本发明中，所述的偏摆运动，通过偏摆电机直接耦合转镜的方法来实现，避免了复杂的机械传动链，有效提高了偏摆运动的动态性和精度。
5. 本发明中，所述的旋转运动和偏摆运动都分别安装了第二编码器15和第一编码器14，可以实时检测棱镜的实际旋转和偏摆角度。如果采用闭环控制，对旋转和偏摆角度误差进行实时修正，可以进一步提高系统精度。
6. 本发明中，所述的装置可以两套级联使用，能够很好的满足二维粗扫描及二维精扫描的使用要求，可以广泛应用于光学动态跟瞄场合。
附图说明
图1本发明所述的棱镜绕光轴中心线Z轴旋转运动和棱镜主截面绕水平轴Y轴偏摆运动的示意图，其中θ和γ分别是棱镜的旋转角和偏摆角。
图2为本发明采用旋转运动和偏摆运动嵌套设计的总体结构图。
图3为本发明的棱镜及内外镜框的结构图，为图1中H-H剖视结构图。
图4为本发明棱镜结构图。其中：(a)为主视图 ，(b)为左视图 。
图5为本发明的楔形块结构图。其中：(a)为主视图，(b)为K-K 剖视图 。
图6为本发明外镜筒结构图。其中：(a)为M-M剖视图，(b)为主视图。
图7为本发明的内镜筒结构图。其中：(a)为全剖视图，(b)为主视图。
图8为本发明偏摆电机局部结构图。
图9为本发明第二编码器局部结构图。
图10为本发明旋转电机局部结构图。
图11为本发明第一编码器局部结构图。
图12为本发明消隙电机局部结构图。
图13为本发明消隙电机支架图。
图14为本发明中消隙电机和消隙齿轮啮合的局部结构图。
图15为本发明的矩形框架。
图16为本发明的矩形框架的A-A剖视图。
图17为本发明的矩形框架B-B剖视图。
图18为本发明的矩形框架C向局部视图。
图19为本发明的机座结构图。其中：(a)为主视图 ，(b)为左视图。
图中标号：1棱镜，2矩形框架，3机座，4蜗轮，5蜗杆，6偏摆电机，7旋转电机，8偏摆轴左段，9偏摆轴右段，10第一联结轴，11第二联结轴，12消隙电机，13消隙主动齿轮，14第一编码器，15第二编码器，16第一外镜筒，17第一挡圈，18第一滚动轴承，19第二挡圈，20第三挡圈，21第四挡圈，22第二滚动轴承，23第五挡圈，24第六挡圈，25第三滚动轴承，26第二读数头，27第二固定板，28电机支架，29第四滚动轴承，30第一读数头，31第七挡圈，32第八挡圈，33消隙被动齿轮，34第五滚动轴承，35第六滚动轴承，36第二外镜筒，37第三联结轴，38第四联结轴，39第六滚动轴承挡圈，40楔形块挡圈，41楔形块，42平面侧衬垫，43楔面侧衬垫，44联轴器，45棱镜挡圈，46内镜筒，47第一固定板，48第三固定板，49第四固定板，50第五滚动轴承挡圈。
具体实施方式
下面通过各附图对本发明采用棱镜复合运动机构的组成及实现粗精扫描的过程作进一步的详述，但是本发明专利保护范围不限于此。
参见附图2，所述的棱镜及内外镜框总成通过蜗杆5驱动，安装在矩形框架2上，所述的矩形框架2和棱镜及内外镜框总成通过偏摆轴左段8和偏摆轴右端9支撑在机架3上，通过偏摆电机6实现偏转运动。
参见附图3，所述的棱镜1放在内镜筒46内，棱镜1楔面侧通过楔面侧衬垫43和楔形块41相连，楔形块41的平面侧由楔形块挡圈40固定；棱镜1平面侧放置平面侧衬垫42，并通过棱镜挡圈45固定。内镜筒46外圆周中间固定蜗轮4，蜗轮4上固定消隙被动齿轮33；内镜筒46通过第五滚动轴承34和第六滚动轴承35分别支撑在第一外镜筒16和第二外镜筒36的内圆周面上；第五滚动轴承34和第六滚动轴承35的内圈由蜗轮4的两侧台阶限位，而第五滚动轴承34的外圈由第一外镜筒16的内台阶和第五滚动轴承挡圈50限位，第六滚动轴承35的外圈由第二外镜筒36的内台阶和第六滚动轴承挡圈39限位；第五滚动轴承34和第六滚动轴承35的外圆周面分别安装在第一外镜筒16和第二外镜筒36的内圆周面上；第一外镜筒16上固定第一联结轴10和第二联结轴11，第一联结轴10和第二联结轴11上分别固定在第一固定板47和第二固定板27上；第二外镜筒36上固定第三联结轴37和第四联结轴38，第三联结轴37和第四联结轴38上分别固定在第三固定板48和第四固定板49。第一固定板47、第二固定板27、第三固定板48和第四固定板49都固定在矩形框架2上。
参见附图4、附图5、附图6、附图7分别为棱镜1、楔形块41、第一外镜筒16或第二外镜筒36、内镜筒46的结构图。
参见附图2，所述的蜗杆5和蜗轮4啮合，蜗杆5通过第二滚动轴承22和第三滚动轴承25支撑在矩形框架2的上下孔中；第二滚动轴承22的内圈由蜗杆5的轴上台阶限位，而外圈分别由第三挡圈20和第四挡圈21限位固定；第三滚动轴承25的内圈由蜗杆5的轴上台阶限位，而外圈两侧面分别由第五挡圈23和第六挡圈24限位固定；第三挡圈20、第四挡圈21、第五挡圈23和第六挡圈24都固定在矩形框架2上；
参见附图8，所述蜗杆5的上端联结旋转电机7的动子，旋转电机7的定子固定在矩形框架2上。蜗轮5的轴通过第二滚动轴承22支撑；第二滚动轴承22的内圈通过蜗杆5的轴上台阶限位，而第二滚动轴承22的外圈通过第三挡圈20和第四挡圈21限位固定；第三挡圈20和第四挡圈21固定在矩形框架2上；第二滚动轴承22的外圈也坐落在矩形框架2的孔内圆周面上。
参见附图9，所述的第二编码器15固定在蜗杆5的轴端上，第二读数头26固定在第六挡圈24上。蜗轮5的轴通过第三滚动轴承25支撑；第三滚动轴承25的内圈通过蜗杆5的轴上台阶限位，而第三滚动轴承25的外圈通过第五挡圈23和第六挡圈24限位固定；第五挡圈23和第六挡圈24固定在矩形框架2上；第三滚动轴承25的外圈坐落在矩形框架2的孔内圆周面上。
参见附图10，所述的偏摆电机6的动子安装在偏摆轴左段8上；偏摆轴8的一端通过轴上台阶刚性固定在矩形框架2的孔内，而偏摆轴8中间部分通过第一滚动轴承18支撑在机架3的孔内；第一滚动轴承18的内圈由偏摆轴左段8的轴上台阶限位，而第一滚动轴承18的外圈坐落在机架3的孔内圆周面上，第一滚动轴承18外圈两侧面分别由第一挡圈17和第二挡圈19限位固定；第一挡圈17和第二挡圈19固定在机架3上；偏摆电机6的定子固定在机架3上。偏摆轴右段9的一端通过轴上台阶刚性固定在矩形框架2的孔内，而偏摆轴9中间部分通过第四滚动轴承29支撑在机架3的孔内；第四滚动轴承29的内圈由偏摆轴右段9的轴上台阶限位，而第四滚动轴承29的外圈坐落在机架3的孔内圆周面上，第四滚动轴承29外圈两侧面分别由第七挡圈31和第八挡圈32限位固定；第七挡圈31和第八挡圈32固定在机架3上。
参见附图11，所述的第一编码器14固定在偏摆轴右段9的端面上，第一读数头30固定在第七挡圈31上。偏转轴右段9通过第四滚动轴承29支撑，一端刚性连接在矩形框架2上，另一端固定第一编码器14；第四滚动轴承29的内圈通过偏转轴右段9的轴上台阶限位，而第四滚动轴承29的外圈通过第七挡圈31和第八挡圈32限位固定；第七挡圈31和第八挡圈32固定在机架3上；第四滚动轴承29的外圈坐落在机架2的孔内圆周面上。
参见附图12、附图13和附图14，所述的消隙电机12通过电机支架28固定在矩形框架2上，消隙电机12的输出轴固定在联轴器44输入端，联轴器44的输出端固定消隙主动齿轮13；消隙主动齿轮13和消隙被动齿轮33啮合，消隙被动齿轮33固定在蜗轮4上（参见附图3）。
参见附图15、附图16、附图17和附图18为所述的矩形框架2结构图。
参见附图19为所述的机架的3的结构图。
下面进一步结合具体案例阐述本发明使用情况：
（1）旋转运动及粗扫描：旋转电机7通过蜗杆5驱动蜗轮4、棱镜1及内镜筒46等实现全圆周旋转运动；第二编码器15及第二读数头26实时检测出旋转棱镜的实际转动角度，如果采用闭环控制，可以进一步提高旋转扫描精度。
（2）旋转运动及消隙：粗扫描时，启动消隙电机12，消隙电机12通过消隙主动齿轮13反向（和蜗轮4转向相反）施加力矩在消隙被动齿轮33上，驱动力矩相当于一个阻尼力矩作用在蜗轮4上，消除由于旋转运动的速度波动可能产生的蜗轮蜗杆啮合间隙，从而有效的提高棱镜旋转粗扫描的精度。
（3）偏摆运动及精扫描：偏摆电机6通过驱动矩形框架2和安装在矩形框架上的内旋转棱镜部分实现往复偏摆运动，此时棱镜的主截面垂直于偏摆轴；第一编码器14和第一读数头30实时检测出偏摆棱镜的实际偏摆角度，如果采用闭环控制，可以进一步提高棱镜偏摆精扫描的精度。
（4）棱镜的旋转运动和偏摆运动为独立运动形式，既可以同步工作，也可以顺序工作。实际使用时，为了避免运动链的误差累积和振动干扰，通常先启用旋转粗扫描，然后再进行偏摆精扫描以补偿粗扫描的扫描残差。
（5）当采用本发明的两套装置同时使用时，控制两套装置中的棱镜以不同的旋转速度旋转，可以产生多样的扫描轨迹，满足不同的轨迹扫描或目标跟踪要求。通过让两套装置的棱镜主截面分别绕水平轴偏摆和垂直轴偏摆，可以实现在水平角方向和垂直角方向的精确扫描要求。
（6）本发明中，当采用两套装置级联使用，且两套装置中的棱镜楔角都为10o时，规定旋转运动为全圆周旋转，偏摆运动为偏摆角在0-5o范围内，则可以实现的粗扫描视场为：±10o俯仰角和±180o方位角，跟踪精度优于50μrad；可以实现的精扫描视场为：1400μrad俯仰角和方位角，跟踪精度优于0.5μrad。
Claims (1)
1.实现粗精两级扫描的转动棱镜装置，包括棱镜及内外镜框总成、蜗轮蜗杆运动机构、旋转电机、偏摆电机及转动半轴总成、消隙电机及消隙齿轮总成、旋转编码器总成、偏摆编码器总成、矩形框架和机座，其特征在于：
所述棱镜及内外镜框总成包括棱镜(1)、楔形块(41)、内镜筒(46)、外镜筒、滚动轴承、联结轴和固定板：棱镜(1)和楔形块(41)位于内镜筒(46)内，棱镜(1)的楔面侧通过楔面侧衬垫(43)连接楔形块(41)，楔形块(41)的平面侧通过楔形块挡圈(40)固定于内镜筒(46)内；棱镜(1)的平面侧设有平面侧衬垫(42)，并通过棱镜挡圈(45)固定于内镜筒(46)内；内镜筒(46)通过第五滚动轴承(34)和第六滚动轴承(35)分别支撑在第一外镜筒(16)和第二外镜筒(36)的内圆周面上；第五滚动轴承(34)和第六滚动轴承(35)的内圈由蜗轮蜗杆运动机构上的蜗轮(4)两侧台阶限位，第五滚动轴承(34)的外圈由第一外镜筒(16)的内台阶和第五滚动轴承挡圈(50)限位，第六滚动轴承(35)的外圈由第二外镜筒(36)的内台阶和第六滚动轴承挡圈(39)限位；第一外镜筒(16)两端分别固定第一联结轴(10)和第二联结轴(11)，第一联结轴(10)和第二联结轴(11)上分别固定在第一固定板(47)和第二固定板(27)上；第二外镜筒(36)两端分别固定第三联结轴(37)和第四联结轴(38)，第三联结轴(37)和第四联结轴(38)上分别固定在第三固定板(48)和第四固定板(49)；第一固定板(47)、第二固定板(27)、第三固定板(48)和第四固定板(49)固定于矩形框架(2)上两侧内；
所述蜗轮蜗杆机构包括蜗轮(4)、蜗杆(5)、旋转电机(7)和滚动轴承: 蜗杆(5)和蜗轮(4)啮合，蜗杆(5)通过第二滚动轴承(22)和第三滚动轴承(25)支撑在矩形框架(2)的两侧；第二滚动轴承(22)的内圈由蜗杆(5)的轴上台阶限位，外圈分别由第三挡圈(20)和第四挡圈(21)限位固定；第三滚动轴承(25)的内圈由蜗杆(5)的轴上台阶限位，外圈两侧面分别由第五挡圈(23)和第六挡圈(24)限位固定；第三挡圈(20)、第四挡圈(21)、第五挡圈(23)和第六挡圈(24)都固定在矩形框架(2)上；蜗杆(5)上端联结旋转电机(7)的动子上，旋转电机(7)的定子安装在矩形框架(2)上；
所述偏摆电机及转动半轴总成包括偏摆电机(6)、偏摆轴左段(8)和偏摆轴右段(9)：偏摆电机(6)的动子安装在偏摆轴左段(8)上；偏摆轴左段(8)端部通过轴上台阶刚性固定在矩形框架(2)的孔内，偏摆轴左段(8)中间部分通过第一滚动轴承(18)支撑在机架(3)的孔内；第一滚动轴承(18)的内圈由偏摆轴左段(8)的轴上台阶限位，外圈坐落在机架(3)的孔内圆周面上，第一滚动轴承(18)外圈两侧面分别由第一挡圈(17)和第二挡圈(19)限位固定；第一挡圈(17)和第二挡圈(19)分别固定在机架(3)上；偏摆电机(6)的定子固定在机架(3)上，偏摆轴右段(9)端部通过轴上台阶刚性固定在矩形框架(2)的孔内，偏摆轴右段(9)中间部分通过第四滚动轴承(29)支撑在机架(3)的孔内；第四滚动轴承(29)的内圈由偏摆轴右段(9)的轴上台阶限位，外圈坐落在机架(3)的孔内圆周面上，第四滚动轴承(29)外圈两侧面分别由第七挡圈(31)和第八挡圈(32)限位固定；第七挡圈(31)和第八挡圈(32)分别固定在机架3上；
所述的消隙电机及消隙齿轮总成包括消隙电机(12)、消隙主动齿轮(13)电机支架(28)和消隙被动齿轮(33)：消隙电机(12)通过电机支架(28)固定在矩形框架(2)上，消隙电机(12)输出轴固定在联轴器(44)输入端，联轴器(44)输出端固定在消隙主动齿轮(13)上；消隙主动齿轮(13)和消隙被动齿轮(33)啮合；
所述的旋转编码器总成包括第二编码器(15)和第二读数头(26)：第二编码器(15)固定在蜗杆(5)的轴下端面上，第二读数头(26)固定在第六挡圈(24)上；
所述的偏摆编码器总成包括第一编码器(14)和第一读数头(30)：第一编码器(14)固定在偏摆轴右段(9)的端面上，第一读数头(30)固定在第七挡圈(31)上。
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