CN103331616B - 双偏心式三维位姿调整平台 - Google Patents
双偏心式三维位姿调整平台 Download PDFInfo
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Abstract
一种双偏心式三维位姿调整平台，包括底座、工作台、偏心驱动机构和工作台防转机构；工作台上设有转轴；偏心驱动机构包括套装在转轴上的内偏心环，内偏心环上设有偏心段，偏心段上套装设有外偏心环，底座上设有套装在外偏心环上的回转支承；还包括用于驱动外偏心环旋转的驱动机构I和用于驱动所述转轴绕其轴线旋转的驱动机构II；工作台防转动机构包括止动块、固定安装在止动块内的滑杆I和固定安装在滑杆I两端的两组支座，每组支座上设有滑杆II，滑杆I和滑杆II之间相互垂直并空间交错，且滑杆I和滑杆II之间设有滑块，止动块和转轴之间设有离合器，且止动块内设有制动机构。该调整平台结构设置紧凑，稳定可靠，能够满足狭小空间的安装需要。
Description
技术领域
本发明涉及一种三维工作平台，具体的为一种双偏心式三维位姿调整平台。
背景技术
目前应用广、最为成熟、并有商品供应的通用型工作平台，是x-y工作台和转台，x-y工作台只有二维直线运动，转台只能转动。要实现同时具有x-y工作台的二维直线运动和转台的绕z轴转动，一般是将两种工作台串联叠加起来使用。将x-y工作台和转台串联叠加的形式虽然能够实现x-y方向上的移动和绕z轴方向上的转动，但是叠加后的装置，结构变得复杂、外形尺寸增大、层次增多，从而导致装置的刚性减弱，稳定性和可靠性降低，在实际应用中常达不到使用要求。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种双偏心式三维位姿调整平台，该双偏心式三维位姿调整平台不仅能够将x-y方向的移动和绕z轴方向的转动集成为一体，而且有效地解决了现有工作台串联叠加带来的刚性减弱，稳定性、可靠性降低和外形尺寸增大等问题。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
包括底座、工作台、用于驱动工作台动作的偏心驱动机构和用于工作台运动导向的工作台防转机构；
所述工作台的底面上设有与工作台上表面垂直的转轴；
所述偏心驱动机构包括旋转配合套装在所述转轴上的内偏心环，所述内偏心环上设有相对于所述转轴偏心设置的偏心段，所述偏心段上与其旋转配合套装设有外偏心环，所述底座上设有旋转配合套装在所述外偏心环上的回转支承，所述回转支承固定安装在所述底座上；
还包括用于驱动外偏心环沿着其外周壁轴线旋转的驱动机构I和用于驱动所述转轴绕其轴线旋转的驱动机构II，所述驱动机构II固定安装在所述工作台上；
所述工作台防转动机构包括止动块、固定安装在止动块内的滑杆I和固定安装在所述底座上并分别位于滑杆I两端的两组支座，每组支座上均设有滑杆II，所述滑杆I和滑杆II之间相互垂直并空间交错，且所述滑杆I和滑杆II之间设有滑块，所述滑杆I和滑杆II均滑动配合安装在所述滑块内；所述止动块和转轴之间设有离合器。
进一步，所述驱动机构I包括固定安装在所述底座上的蜗杆座I、安装在所述蜗杆座I内的蜗杆I和用于驱动蜗杆I转动的步进电机I，所述外偏心环上设有与其外周壁同轴并与所述蜗杆I啮合的涡轮I。
进一步，所述驱动机构II包括固定安装在所述工作台底面的蜗杆座II、安装在所述蜗杆座II内的蜗杆II和用于驱动蜗杆II转动的步进电机II；所述内偏心环上设有相对于所述转轴同心设置的同心段，所述同心段上套装设有与其同步转动并与所述蜗杆II啮合的涡轮II。
进一步，所述蜗杆I和蜗杆II的转轴上均设有制动器。
进一步，所述内偏心环与所述工作台底面之间设有垫套。
进一步，每组所述支座包括两个支座，且所述滑杆II的两端分别固定安装在所述支座上。
进一步，所述回转支承与所述外偏心环之间、以及所述外偏心环与所述内偏心环的偏心段之间均设有滑动轴承。
进一步，所述转轴的底部设有用于将其支撑在底座上的支撑螺母。
本发明的有益效果在于：
本发明的双偏心式三维位姿调整平台具有两种动作模式：
1)平面移动模式：此时离合器处于结合状态，止动块、滑杆I及工作台转轴三者被固定连接在一起，启动驱动机构I驱动外偏心环转动，在回转支承的作用下，外偏心环绕着回转支承的轴线(也即外偏心环外周壁的轴线)旋转，由于回转支承的轴线与转轴的轴线不共轴，则会驱动转轴绕着回转支承的轴线公转；或启动驱动机构II驱动内偏心环转动，使工作台转轴绕着内偏心环的回转中心轴转动；另外，在滑杆I和滑杆II的导向作用下，能够防止转轴自转，则工作台的运动规律为：沿着滑杆I和滑杆II限定的x-y平面移动；
在平面移动模式中，通过调整内偏心环和外偏心环之间的位置关系，可以调整工作台的运动范围，即工作台的运动范围为半径为|e1-e2|-(e1+e2)的圆环，其中e1为内偏心环的偏心段的偏心距，e2为外偏心环的偏心距；另外，若采用驱动机构II驱动内偏心环转动的方式来驱动工作台平面运动，其运动方位为半径为e1的圆；当然，还可采用两种方式相结合的方式实现工作台的平面运动。
2)转动模式：此时离合器处于分离状态，启动驱动机构II，由于驱动机构II固定安装在工作台上，使得驱动机构II绕着内偏心环作行星运动，进而驱动工作台绕着z轴旋转；
综上，本发明的双偏心式三维位姿调整平台不仅能够将x-y方向的移动和绕z轴方向的转动集成为一体，而且具有结构紧凑、稳定性好、可靠性高和外形尺寸小的优点。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为本发明双偏心式三维位姿调整平台实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
如图1所示，为本发明双偏心式三维位姿调整平台实施例的结构示意图。本实施例的双偏心式三维位姿调整平台，包括底座1、工作台2、用于驱动工作台2动作的偏心驱动机构和用于工作台运动导向的工作台防转机构。工作台2的底面上设有与工作台2上表面垂直的转轴3。
偏心驱动机构包括套装在转轴3上并与转轴3同步转动的内偏心环4，内偏心环4上设有相对于转轴3偏心设置的偏心段，偏心段上与其旋转配合套装设有外偏心环5，底座1上设有旋转配合套装在外偏心环5上的回转支承6，回转支承6固定安装在底座1上，通过设置回转支承6，能够限定外偏心环5的旋转中心保持位置不变，即为回转支承6的轴线。
本实施例的双偏心式三维位姿调整平台还包括用于驱动外偏心环5沿着其外周壁轴线旋转的驱动机构I和用于驱动转轴3绕其轴线旋转的驱动机构II，驱动机构II固定安装在工作台2上。
具体的，本实施例的驱动机构I包括固定安装在底座1上的蜗杆座I7、安装在蜗杆座I7内的蜗杆I8和用于驱动蜗杆I8转动的步进电机I，外偏心环5上设有与其外周壁同轴并与蜗杆I8啮合的涡轮I9，在涡轮I9和蜗杆I8的作用下，能够驱动外偏心环5绕其外周壁轴线旋转。优选的，蜗杆I8的转轴上设有制动器，用于控制外偏心环5的启停。
本实施例的驱动机构II包括固定安装在工作台2底面的蜗杆座II10、安装在蜗杆座II10内的蜗杆II11和用于驱动蜗杆II11转动的步进电机II。内偏心环4上设有相对于转轴3同心设置的同心段，同心段上套装设有与其同步转动并与蜗杆II11啮合的涡轮II12，在涡轮II12和蜗杆II11的作用下，能够驱动内偏心环4绕着转轴3的轴线旋转。优选的，蜗杆II11的转轴上设有制动器，用于控制内偏心环4的启停。
工作台防转动机构包括止动块13、固定安装在止动块13内的滑杆I14和固定安装在底座1上并位于滑杆I14两端的两组支座15，每组支座15上均设有滑杆II16，滑杆I14和滑杆II16之间相互垂直并空间交错，且滑杆I14和滑杆II16之间设有滑块17，滑杆I14和滑杆II16均滑动配合安装在滑块17内。当转轴3在外偏心环5的驱动下绕回转支承6的轴线旋转时，由于止动块13和滑杆I14之间固定连接，滑杆I14在滑块17里滑动，，滑块17沿着滑杆II16滑动，能够使转轴3的轴线到达绕回转支承6轴线旋转的任意位置，并防止工作台2旋转，即转轴3绕着回转支承6轴线公转，但不发生自转。
止动块13和转轴3之间设有离合器18，通过设置离合器18，当离合器18合拢时，工作台防转动机构起到导向防转动作用，当离合器18分离时，工作台防转动机构不起作用。
优选的，内偏心环4与工作台2底面之间设有垫套19，防止磨损。本实施例的每组支座15包括两个支座，且滑杆II16的两端分别固定安装在支座15上，结构简单，可靠性好。
优选的，回转支承6与外偏心环5之间、以及外偏心环5与内偏心环4的偏心段之间均设有滑动轴承20，能够减少摩擦阻力。
优选的，转轴3的底部设有用于将其支撑在底座1上的支撑螺母21，用于支撑工作台2。
本实施例的双偏心式三维位姿调整平台具有两种动作模式：
1)平面移动模式：此时离合器处于结合状态，止动块13、滑杆I14及工作台转轴3三者被固定连接在一起，启动驱动机构I驱动外偏心环5转动，在回转支承6的作用下，外偏心环5绕着回转支承6的轴线(也即外偏心环5外周壁的轴线)旋转，由于回转支承6的轴线与转轴3的轴线不共轴，则会驱动转轴3绕着回转支承6的轴线公转；或启动驱动机构II驱动内偏心环4转动，使工作台转轴3绕着内偏心环的回转中心轴转动；另外，在滑杆I14和滑杆II16的导向作用下，能够防止转轴自转，则工作台2的运动规律为：沿着滑杆I14和滑杆II16限定的x-y平面移动。
在平面移动模式中，通过调整内偏心环4和外偏心环5之间的位置关系，可以调整工作台2的运动范围，即工作台2的运动范围为半径为|e1-e2|-(e1+e2)的圆环，其中e1为内偏心环4的偏心段的偏心距，e2为外偏心环5的偏心距；另外，若采用驱动机构II驱动内偏心环4转动的方式来驱动工作台平面运动，其运动方位为半径为e1的圆；当然，还可采用两种方式相结合的方式实现工作台的平面运动。
2)转动模式：此时离合器处于分离状态，内偏心环4固定不转，启动驱动机构II，蜗杆II11绕着涡轮II12作行星运动，由于蜗杆座II10固定安装在工作台2上，使得蜗杆座II10绕着内偏心环4作行星运动，进而带动工作台绕着z轴旋转，即实现工作台绕着z轴旋转。
综上，本实施例的双偏心式三维位姿调整平台不仅能够将x-y方向的移动和绕z轴方向的转动集成为一体，而且具有结构紧凑、稳定性好、可靠性高和外形尺寸小的优点。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (8)
1.一种双偏心式三维位姿调整平台，其特征在于：包括底座、工作台、用于驱动工作台动作的偏心驱动机构和用于工作台运动导向的工作台防转机构；
所述工作台的底面上设有与工作台上表面垂直的转轴；
所述偏心驱动机构包括旋转配合套装在所述转轴上的内偏心环，所述内偏心环上设有相对于所述转轴偏心设置的偏心段，所述偏心段上与其旋转配合套装设有外偏心环，所述底座上设有旋转配合套装在所述外偏心环上的回转支承，所述回转支承固定安装在所述底座上；
还包括用于驱动外偏心环沿着其外周壁轴线旋转的驱动机构I和用于驱动所述转轴绕其轴线旋转的驱动机构II，所述驱动机构II固定安装在所述工作台上；
所述工作台防转动机构包括止动块、固定安装在止动块内的滑杆I和固定安装在所述底座上并分别位于滑杆I两端的两组支座，每组支座上均设有滑杆II，所述滑杆I和滑杆II之间相互垂直并空间交错，且所述滑杆I和滑杆II之间设有滑块，所述滑杆I和滑杆II均滑动配合安装在所述滑块内；所述止动块和转轴之间设有离合器。
2.根据权利要求1所述的双偏心式三维位姿调整平台，其特征在于：所述驱动机构I包括固定安装在所述底座上的蜗杆座I、安装在所述蜗杆座I内的蜗杆I和用于驱动蜗杆I转动的步进电机I，所述外偏心环上设有与其外周壁同轴并与所述蜗杆I啮合的涡轮I。
3.根据权利要求2所述的双偏心式三维位姿调整平台，其特征在于：所述驱动机构II包括固定安装在所述工作台底面的蜗杆座II、安装在所述蜗杆座II内的蜗杆II和用于驱动蜗杆II转动的步进电机II；所述内偏心环上设有相对于所述转轴同心设置的同心段，所述同心段上套装设有与其同步转动并与所述蜗杆II啮合的涡轮II。
4.根据权利要求3所述的双偏心式三维位姿调整平台，其特征在于：所述蜗杆I和蜗杆II的转轴上均设有制动器。
5.根据权利要求1-4任一项所述的双偏心式三维位姿调整平台，其特征在于：所述内偏心环与所述工作台底面之间设有垫套。
6.根据权利要求1-4任一项所述的双偏心式三维位姿调整平台，其特征在于：每组所述支座包括两个支座，且所述滑杆II的两端分别固定安装在所述支座上。
7.根据权利要求1-4任一项所述的双偏心式三维位姿调整平台，其特征在于：所述回转支承与所述外偏心环之间、以及所述外偏心环与所述内偏心环的偏心段之间均设有滑动轴承。
8.根据权利要求1-4任一项所述的双偏心式三维位姿调整平台，其特征在于：所述转轴的底部设有用于将其支撑在底座上的支撑螺母。
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