CN104134868A - 一种二维旋转伺服机构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种二维旋转伺服机构，包括底部安装板、下壳体、上壳体、呈中空圆环状的方位机构和呈中空圆环状的俯仰机构；所述底部安装板呈圆环状，用于将二维旋转伺服机构的安装和固定；所述下壳体是上表面为斜面且内部中空的圆柱体，所述下壳体底面与底部安装板相连接；所述上壳体是下表面为斜面且内部中空的圆柱体，所述上壳体的下表面与上壳体的上表面相匹配，所述上壳体设置在下壳体的上表面上；所述方位机构固定设置在下壳体内部，用于带动下壳体相对于底部安装板做旋转运动；所述俯仰机构设置在下壳体内部，并且与上壳体固定连接。本发明实现30度角的全方位扫描的同时，大大减小整个机构的轴向尺寸和重量。

Description

一种二维旋转伺服机构
技术领域
本发明涉及一种二维旋转伺服机构。
背景技术
目前二维旋转的伺服机构包括：底部支架、天线支架、方位机构和俯仰机构，方位机构固定在底部支架的上方，俯仰机构固定在方位机构的上方，方位机构转动带动俯仰机构实现方位转动，俯仰机构转动带动天线实现俯仰转动。其中方位机构和俯仰机构之间的夹角为90°。这种伺服机构轴向尺寸、重量均较大，不利于实现伺服机构的高速、高加速度要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种解决二维旋转形式的伺服机构轴向尺寸和重量较大的问题的二维旋转伺服机构。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种二维旋转伺服机构，包括底部安装板、下壳体、上壳体、呈中空圆环状的方位机构和呈中空圆环状的俯仰机构；
所述底部安装板呈圆环状，用于将二维旋转伺服机构安装和固定在任意位置；；
所述下壳体是上表面为斜面且内部中空的圆柱体，所述下壳体底面与底部安装板相连接；
所述上壳体是下表面为斜面且内部中空的圆柱体，所述上壳体的下表面与上壳体的上表面相匹配，，所述上壳体设置在下壳体的上表面上；
所述方位机构固定设置在下壳体内部，用于带动下壳体相对于底部安装板做旋转运动；
所述俯仰机构设置在下壳体内部，并且与上壳体固定连接，用于带动上壳体相对下壳体做旋转运动，实现俯仰转动。
本发明的有益效果是：本发明的伺服机构的方位和俯仰轴系具有一定角度的夹角，从而在实现双倍角度的全方位扫描的同时，大大减小整个机构的轴向尺寸和重量。最大限度的实现了伺服机构的结构紧凑，提高了伺服系统的集成性和快速性。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述方位机构和俯仰机构之间呈十五度角。
采用上述进一步方案的有益效果是，伺服机构的方位和俯仰轴系具有15°的夹角，从而在实现30°全方位扫描的同时，大大减小整个机构的轴向尺寸和重量。
进一步，所述方位机构包括方位轴、方位轴承、方位驱动电机和方位测角机构；
所述方位轴横截面呈无上下底面的“凸”形，包括圆柱直径较大的第一竖直面、圆柱直径较小的第二竖直面和连接第一竖直面和第二竖直面的的台阶面，所述方位轴第一竖直面的底边设置在底部安装板的止口之中，用于支撑方位轴承、方位驱动电机和方位测角机构，并实现方位机构与底部安装板的连接；
所述方位轴承设置在方位轴第一竖直面与下壳体之间，并与方位轴固定连接，用于实现方位轴与底部安装板的相对旋转；
所述方位驱动电机固定设置在方位轴的台阶面与下壳体之间，用于驱动方位轴相对于底部安装板做旋转运动；
所述方位测角机构固定设置在方位轴的第二竖直面上，并位于方位驱动电机上方；用于测量方位轴相对于底部安装板的相对位置。
进一步，所述俯仰机构包括俯仰轴、俯仰轴承、俯仰驱动电机和俯仰测角机构；
所述俯仰轴横截面呈无上下底面的倒置倾斜放置的“凸”形，包括圆柱直径较大的第一竖直面、圆柱直径较小的第二竖直面和连接第一竖直面和第二竖直面的的台阶面，所述俯仰轴第一竖直面的底边与上壳体固定连接，用于支撑俯仰轴承、俯仰驱动电机和俯仰测角机构，并实现俯仰机构与上壳体的连接；
所述俯仰轴承设置在俯仰轴的第一竖直面与下壳体之间，并与俯仰轴固定连接，用于实现俯仰轴与下壳体的相对旋转；
所述俯仰驱动电机固定设置在俯仰轴的台阶面与下壳体之间，用于驱动俯仰轴相对于下壳体做旋转运动；
所述俯仰测角机构固定设置在俯仰轴的第二竖直面上，并位于俯仰驱动电机下方；用于测量上壳体与下壳体的相对位置。
进一步，还包括方位限位装置和俯仰限位装置，所述方位限位装置用于实现下壳体相对于底部安装板的旋转制动；
所述俯仰限位装置用于实现上壳体相对于下壳体的旋转制动。
进一步，所述俯仰限位装置包括俯仰限位挡块、俯仰限位开关和两个俯仰限位块；
所述俯仰限位挡块设置于下壳体与上壳体相连接的最高点处的下壳体上；
所述两个俯仰限位块与俯仰限位挡块设置在同一水平方向，所述两个俯仰限位块分别设置在俯仰限位挡块两侧的上壳体上；
所说俯仰限位开关设置于下壳体与上壳体相连接的最低点处的下壳体上。
进一步，所述方位限位装置包括方位限位挡块、方位限位开关和两个方位限位块；
所述方位限位挡块与俯仰限位开关设置于同一垂直线上，并且固定设置在底部安装板上；
所述两个方位限位块分别设置在方位限位挡块的两侧的底部安装板上，所述两个方位限位块侧面与下壳体的侧壁相贴合；
所述方位限位开关与俯仰限位挡块设置于同一垂直线上，并且固定设置在下壳体底边与底部安装板相接触处。
附图说明
图1为本发明所述的一种二维旋转伺服机构立体结构示意图；
图2为本发明所述的一种二维旋转伺服机构延图1中A-A向的剖视图；
图3为本发明所述的一种二维旋转伺服机构的左视图；
图4为本发明所述的一种二维旋转伺服机构的右视图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、底部安装板，2、下壳体，3、上壳体，4、方位机构，5、俯仰机构，6、方位限位装置，7、俯仰限位装置，41、方位轴，42、方位轴承，43、方位驱动电机，44、方位测角机构，51、俯仰轴，52、俯仰轴承，53、俯仰驱动电机，54、俯仰测角机构，61、方位限位挡块，62、方位限位块，63、方位限位开关，71、俯仰限位挡块，72、俯仰限位块，73、俯仰限位开关。
具实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1、2所示，为本发明所述的一种二维旋转伺服机构，包括底部安装板1、下壳体2、上壳体3、呈中空圆环状的方位机构4和呈中空圆环状的俯仰机构5；
所述底部安装板1呈圆环状，用于将二维旋转伺服机构安装和固定在任意位置；；
所述下壳体2是上表面为斜面且内部中空的圆柱体，所述下壳体2底面与底部安装板1相连接；
所述上壳体3是下表面为斜面且内部中空的圆柱体，所述上壳体3的下表面与上壳体2的上表面相匹配，所述上壳体3设置在下壳体2的上表面上；
所述方位机构4固定设置在下壳体2内部，用于带动下壳体2相对于底部安装板1做旋转运动；
所述俯仰机构5设置在下壳体2内部，并且与上壳体3固定连接，用于带动上壳体3相对下壳体2做旋转运动，实现俯仰转动。
所述方位机构4和俯仰机构5之间呈十五度角。伺服机构的方位和俯仰轴系具有15°的夹角，从而在实现30°全方位扫描的同时，大大减小整个机构的轴向尺寸和重量。
所述方位机构4包括方位轴41、方位轴承42、方位驱动电机43和方位测角机构44；
所述方位轴41横截面呈无上下底面的“凸”形，包括圆柱直径较大的第一竖直面、圆柱直径较小的第二竖直面和连接第一竖直面和第二竖直面的的台阶面，所述方位轴41第一竖直面的底边设置在底部安装板1的止口之中，用于支撑方位轴承42、方位驱动电机43和方位测角机构44，并实现方位机构4与底部安装板1的连接；
所述方位轴承42设置在方位轴第一竖直面与下壳体2之间，并与方位轴41固定连接，用于实现方位轴41与底部安装板1的相对旋转；
所述方位驱动电机43固定设置在方位轴41的台阶面与下壳体2之间，用于驱动方位轴41相对于底部安装板1做旋转运动；
所述方位测角机构44固定设置在方位轴41的第二竖直面上，并位于方位驱动电机43上方；用于测量方位轴41相对于底部安装板1的相对位置。
所述俯仰机构5包括俯仰轴51、俯仰轴承52、俯仰驱动电机53和俯仰测角机构54；
所述俯仰轴51横截面呈无上下底面的倒置倾斜放置的“凸”形，包括圆柱直径较大的第一竖直面、圆柱直径较小的第二竖直面和连接第一竖直面和第二竖直面的的台阶面，所述俯仰轴51第一竖直面的底边与上壳体固定连接，用于支撑俯仰轴承52、俯仰驱动电机53和俯仰测角机构54，并实现俯仰机构5与上壳体3的连接；
所述俯仰轴承52设置在俯仰轴51的第一竖直面与下壳体之间，并与俯仰轴51固定连接，用于实现俯仰轴51与下壳体2的相对旋转；
所述俯仰驱动电机53固定设置在俯仰轴51的台阶面与下壳体2之间，用于驱动俯仰轴51相对于下壳体2做旋转运动；
所述俯仰测角机构54固定设置在俯仰轴51的第二竖直面上，并位于俯仰驱动电机53下方；用于测量上壳体3与下壳体2的相对位置。
如图1、3、4所示，还包括方位限位装置6和俯仰限位装置7，所述方位限位装置6用于实现下壳体2相对于底部安装板1的旋转制动；
所述俯仰限位装置7用于实现上壳体3相对于下壳体2的旋转制动。
所述俯仰限位装置7包括俯仰限位挡块71、俯仰限位开关73和两个俯仰限位块72；
所述俯仰限位挡块71设置于下壳体2与上壳体3相连接的最高点处的下壳体2上；
所述两个俯仰限位块72与俯仰限位挡块71设置在同一水平方向，所述两个俯仰限位块72分别设置在俯仰限位挡块71两侧的上壳体3上；
所说俯仰限位开关73设置于下壳体2与上壳体3相连接的最低点处的下壳体2上。
所述方位限位装置6包括方位限位挡块61、方位限位开关63和两个方位限位块62；
所述方位限位挡块61与俯仰限位开关73设置于同一垂直线上，并且固定设置在底部安装板1上；
所述两个方位限位块62分别设置在方位限位挡块61的两侧的底部安装板1上，所述两个方位限位块62侧面与下壳体2的侧壁相贴合；
所述方位限位开关63与俯仰限位挡块71设置于同一垂直线上，并且固定设置在下壳体2底边与底部安装板1相接触处。
本发明所述的二维伺服机构工作时，方位驱动电机43带动方位轴承42，通过方位轴41，带动下壳体2，相对于底部安装板1绕方位机构中心轴运动，实现方位转动，方位测角机构44对下壳体2相对于底部安装板1运动的角度进行测量，并实时输出数据，俯仰驱动电机53带动俯仰轴承52，通过俯仰轴51带动上壳体3相对于下壳体2做旋转运动，实现俯仰转动。俯仰测角机构54对上壳体3相对于下壳体2运动的角度进行测量，并实时输出数据，方位机构4的中心轴和俯仰机构5的中心轴之间的夹角为15度，下壳体2相对于底部安装板1的旋转和上壳体3相对于下壳体2的旋转相互叠加，通过控制系统对方位测角机构44和俯仰测角机构54输出的数据进行位置解算，可以实现方位和俯仰两个方向在30度范围内的全方位扫描式旋转。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种二维旋转伺服机构，其特征在于，包括底部安装板(1)、下壳体(2)、上壳体(3)、呈中空圆环状的方位机构(4)和呈中空圆环状的俯仰机构(5)；
所述底部安装板(1)呈圆环状，用于将二维旋转伺服机构安装和固定在任意位置；
所述下壳体(2)是上表面为斜面且内部中空的圆柱体，所述下壳体(2)底面与底部安装板(1)相连接；
所述上壳体(3)是下表面为斜面且内部中空的圆柱体，所述上壳体(3)的下表面与上壳体(2)的上表面相匹配，所述上壳体(3)设置在下壳体(2)的上表面上；
所述方位机构(4)固定设置在下壳体(2)内部，用于带动下壳体(2)相对于底部安装板(1)做旋转运动；
所述俯仰机构(5)设置在下壳体(2)内部，并且与上壳体(3)固定连接，用于带动上壳体(3)相对下壳体(2)做旋转运动，实现俯仰转动。
2.根据权利要求1所述一种二维旋转伺服机构，其特征在于，所述方位机构(4)和俯仰机构(5)之间呈十五度角。
3.根据权利要求2所述一种二维旋转伺服机构，其特征在于，所述方位机构(4)包括方位轴(41)、方位轴承(42)、方位驱动电机(43)和方位测角机构(44)；
所述方位轴(41)横截面呈无上下底面的“凸”形，包括圆柱直径较大的第一竖直面、圆柱直径较小的第二竖直面和连接第一竖直面和第二竖直面的的台阶面，所述方位轴(41)第一竖直面的底边设置在底部安装板(1)的止口之中，用于支撑方位轴承(42)、方位驱动电机(43)和方位测角机构(44)，并实现方位机构4与底部安装板(1)的连接；
所述方位轴承(42)设置在方位轴第一竖直面与下壳体2之间，并与方位轴(41)固定连接，用于实现方位轴(41)与底部安装板(1)的相对旋转；
所述方位驱动电机(43)固定设置在方位轴(41)的台阶面与下壳体2之间，用于驱动方位轴(41)相对于底部安装板(1)做旋转运动；
所述方位测角机构(44)固定设置在方位轴(41)的第二竖直面上，并位于方位驱动电机(43)上方；用于测量方位轴(41)相对于底部安装板(1)的相对位置。
4.根据权利要求3所述一种二维旋转伺服机构，其特征在于，所述俯仰机构(5)包括俯仰轴(51)、俯仰轴承(52)、俯仰驱动电机(53)和俯仰测角机构(54)；
所述俯仰轴(51)横截面呈无上下底面的倒置倾斜放置的“凸”形，包括圆柱直径较大的第一竖直面、圆柱直径较小的第二竖直面和连接第一竖直面和第二竖直面的的台阶面，所述俯仰轴(51)第一竖直面的底边与上壳体固定连接，用于支撑俯仰轴承(52)、俯仰驱动电机(53)和俯仰测角机构(54)，并实现俯仰机构(5)与上壳体(3)的连接；
所述俯仰轴承(52)设置在俯仰轴(51)的第一竖直面与下壳体之间，并与俯仰轴(51)固定连接，用于实现俯仰轴(51)与下壳体(2)的相对旋转；
所述俯仰驱动电机(53)固定设置在俯仰轴(51)的台阶面与下壳体(2)之间，用于驱动俯仰轴(51)相对于下壳体(2)做旋转运动；
所述俯仰测角机构(54)固定设置在俯仰轴(51)的第二竖直面上，并位于俯仰驱动电机(53)下方；用于测量上壳体(3)与下壳体(2)的相对位置。
5.根据权利要求1-4任一项所述一种二维旋转伺服机构，其特征在于，还包括方位限位装置(6)和俯仰限位装置(7)，所述方位限位装置(6)用于实现下壳体(2)相对于底部安装板(1)的旋转制动；
所述俯仰限位装置(7)用于实现上壳体(3)相对于下壳体(2)的旋转制动。
6.根据权利要求5所述一种二维旋转伺服机构，其特征在于，所述俯仰限位装置(7)包括俯仰限位挡块(71)、俯仰限位开关(73)和两个俯仰限位块(72)；
所述俯仰限位挡块(71)设置于下壳体(2)与上壳体(3)相连接的最高点处的下壳体(2)上；
所述两个俯仰限位块(72)与俯仰限位挡块(71)设置在同一水平方向，所述两个俯仰限位块(72)分别设置在俯仰限位挡块(71)两侧的上壳体(3)上；
所说俯仰限位开关(73)设置于下壳体(2)与上壳体(3)相连接的最低点处的下壳体(2)上。
7.根据权利要求5所述一种二维旋转伺服机构，其特征在于，所述方位限位装置(6)包括方位限位挡块(61)、方位限位开关(63)和两个方位限位块(62)；
所述方位限位挡块(61)与俯仰限位开关(73)设置于同一垂直线上，并且固定设置在底部安装板(1)上；
所述两个方位限位块(62)分别设置在方位限位挡块(61)的两侧的底部安装板(1)上，所述两个方位限位块(62)侧面与下壳体(2)的侧壁相贴合；
所述方位限位开关(63)与俯仰限位挡块(71)设置于同一垂直线上，并且固定设置在下壳体(2)底边与底部安装板(1)相接触处。
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