CN104354880B

CN104354880B - 一种用于空间姿态调整的双偏心盘装置

Info

Publication number: CN104354880B
Application number: CN201410551147.XA
Authority: CN
Inventors: 史震云; 赖婷; 袁培江; 汪承坤; 李永; 韩炜; 朱前成
Original assignee: Beihang University
Current assignee: Beihang University
Priority date: 2014-10-17
Filing date: 2014-10-17
Publication date: 2016-08-17
Anticipated expiration: 2034-10-17
Also published as: CN104354880A

Abstract

本发明是一种用于空间姿态调整的双偏心盘装置。本发明的装置包括：电子器件：绝对式编码器，电机；机械装置：电机支架，电机大齿轮，编码器大齿轮，关节轴承，大偏心盘轴向固定圈，尾轴，小偏心盘轴向固定圈，小偏心盘，小偏心盘轴承上衬套，深沟球轴承，小偏心盘轴承下衬套，大偏心盘，大偏心盘轴承上衬套，薄壁球轴承，大偏心盘轴承下衬套，支撑轴，外壳，大偏心盘齿轮，小偏心盘齿轮，电机小齿轮，编码器小齿轮。通过分别调节两个双偏心盘的大、小偏心盘转过的角度，可以实现尾轴空间姿态的调整；同时通过绝对式编码器形成对电机的角度闭环控制，不仅可以获取当前尾轴的空间姿态信息，而且可以提高偏心盘转过角度的精度，使尾轴在空间姿态的调整更精确。

Description

一种用于空间姿态调整的双偏心盘装置

所属技术领域

本发明涉及一种空间姿态调整装置，由两个双偏心盘装置组成，尾轴穿过两个双偏心盘的偏轴心，通过两个双偏心盘的相对转动，实现尾轴空间姿态的调整。

背景技术

偏心盘，其圆盘的几何中心与旋转中心不重合，是一种能产生偏心效果的圆盘。双偏心盘装置由大偏心盘和小偏心盘组成，小偏心盘嵌入大偏心盘内。小偏心盘的几何中心线与大偏心盘的偏心线重合，小偏心盘绕大偏心盘的偏心线自由转动，大偏心盘绕外壳的中心轴线自由转动。当小偏心盘与大偏心盘转动时，小偏心盘的偏轴心可到达大偏心盘内一定范围的任意位置。根据不重合两点确定一条直线的原理，调节两个双偏心盘的大小偏心盘的转动角度，则可实现两个双偏心盘的偏轴心尾轴的空间姿态调整。在一些工程应用场合，需要实现在空间姿态调整，一般的机械装置无法达到工程实际要求。

发明内容

为了实现空间姿态调整，本发明提供了一种改进的双偏心盘装置，利用一般双偏心盘装置的特点，把小偏心盘的偏轴心在平面内位置的调整运动扩展到空间姿态的调整运动。将关节轴承安装在小偏心盘的偏轴心上，尾轴穿过关节轴承球体，小偏心盘与大偏心盘转动时可以带动尾轴绕关节轴承球面副的球心转动。将两个关节轴承分别安装在两个双偏心盘的小偏心盘的偏轴心上，尾轴穿过这两个关节轴承，通过转动两个双偏心盘的大小偏心盘，可实现尾轴在空间姿态的调整。

本发明通过以下技术方案实现。

一种用于空间姿态调整的双偏心盘装置，其特征在于：电子器件包括：绝对式编码器，电机；机械装置包括：电机支架，电机大齿轮，编码器大齿轮，关节轴承，大偏心盘轴向固定圈，尾轴，小偏心盘轴向固定圈，小偏心盘，小偏心盘轴承上衬套，深沟球轴承，小偏心盘轴承下衬套，大偏心盘，大偏心盘轴承上衬套，薄壁球轴承，大偏心盘轴承下衬套，支撑轴，外壳，大偏心盘齿轮，小偏心盘齿轮，电机小齿轮，编码器小齿轮。

本发明由两个完全相同的双偏心盘装置组成，上双偏心盘和下双偏心盘，两个外壳相对安装，中间由两根支撑轴固定；关节轴承安装在小偏心盘的偏轴心上，小偏心盘的几何中心线与大偏心盘的偏轴心重合；小偏心盘与大偏心盘之间通过小偏心盘轴承上衬套、深沟球轴承、小偏心盘轴承下衬套连接；小偏心盘轴向固定圈通过螺钉与大偏心盘固定；大偏心盘与外壳之间通过大偏心盘轴承上衬套、薄壁球轴承、大偏心盘轴承下衬套连接；大偏心盘轴向固定圈通过螺钉与外壳固定；小偏心盘与小偏心盘轴向固定圈之间，大偏心盘与大偏心盘轴向固定圈之间分别通过小钢珠配合，可以使小偏心盘绕大偏心盘的偏心线自由转动，大偏心盘绕外壳的中心轴线自由转动；电机支架与外壳通过螺钉固定，一个电机和编码器安装在电机支架上，另一个电机和编码器安装在大偏心盘上；电机大齿轮和电机小齿轮分别安装在电机的输出轴上，编码器大齿轮和编码器小齿轮分别安装在绝对式编码器的输出轴上；大偏心盘齿轮和小偏心盘齿轮分别与大偏心盘、小偏心盘底部通过螺钉固定；电机大齿轮和编码器大齿轮构成齿轮啮合，电机小齿轮和编码器小齿轮构成齿轮啮合，大偏心盘齿轮与电机大齿轮构成齿轮啮合，小偏心盘齿轮与电机小齿轮构成齿轮啮合；尾轴两端分别穿过两个关节轴承球体，当上下双偏心盘分别转动时，可以带动尾轴转动，从而实现尾轴在空间姿态的调整。

该双偏心盘装置的具体工作流程为：电机带动电机齿轮的转动，电机齿轮与偏心盘齿轮啮合，从而带动偏心盘的转动，通过电机可控制大、小偏心盘转动的角度。尾轴穿过关节轴承球体，由于关节轴承可在一定角度范围内作调心运动，因此尾轴可相对于小偏心盘自由摆动，调整其方向。若尾轴一端固定在一点，另一端穿过关节轴承球体，则可在一定角度范围的圆锥体内进行姿态调整。若把尾轴穿过两个关节轴承球体，将两个关节轴承分别安装在两个双偏心盘的小偏心盘的偏轴心上，也就是采用两个双偏心盘装置，根据不重合两点确定一条直线的原理，上下双偏心盘分别将偏轴心调整到指定位置，则可实现尾轴在空间姿态的调整，相当于尾轴可在一定范围的圆柱体内调整姿态。适当调整大、小偏心盘的半径和偏心距大小，可调整圆柱体的直径，适当调整两个偏心盘之间的距离，即调整支撑轴的高度，可调整圆柱体的高度。将电机转动的理论角度与绝对式编码器测得电机转动的实际角度比较，形成电机的角度闭环控制，从而对电机转过的角度进行补偿，提高偏心盘转过角度的精度。通过零点标定，读取绝对式编码器的数值，即可获得当前尾轴的空间姿态信息。

本发明的有益效果是，通过分别调节两个双偏心盘的大、小偏心盘转过的角度，可以实现尾轴两端的位置和方向的调节，从而可实现尾轴在空间的姿态调整；同时通过绝对式编码器形成电机的角度闭环，一方面可以提高偏心盘转过角度的精度，使尾轴在空间姿态的调整更精确；另一方面可以获取当前尾轴的空间姿态信息。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是一种用于空间姿态调整的双偏心盘装置的轴测图。

图2是一种用于空间姿态调整的双偏心盘装置的上双偏心盘爆炸图。

图3是一种用于空间姿态调整的双偏心盘装置的齿轮啮合图。

图4是一种用于空间姿态调整的双偏心盘装置的整体爆炸图。

图中：1A～D.绝对式编码器，2A～D.电机，3A～B.电机支架，4A～B.电机大齿轮，5A～B.编码器大齿轮，6A～B.关节轴承外环，7A～B.关节轴承内环，8A～B.关节轴承球体，9A～B.大偏心盘轴向固定圈，10.尾轴，11A～B.小偏心盘轴向固定圈，12A～B.小偏心盘，13A～B.小偏心盘轴承上衬套，14A～B.深沟球轴承，15A～B.小偏心盘轴承下衬套，16A～B.大偏心盘，17A～B.大偏心盘轴承上衬套，18A～B.薄壁球轴承，19A～B.大偏心盘轴承下衬套，20A～B.支撑轴，21A～B.外壳，22A～B.大偏心盘齿轮，23A～B.小偏心盘齿轮，24A～B.电机小齿轮，25A～B.编码器小齿轮。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。

参见图4所示，本发明包括绝对式编码器1A～D，电机2A～D，电机支架3A～B，电机大齿轮4A～B，编码器大齿轮5A～B，关节轴承外环6A～B，关节轴承内环7A～B，关节轴承球体8A～B，大偏心盘轴向固定圈9A～B，尾轴10，小偏心盘轴向固定圈11A～B，小偏心盘12A～B，小偏心盘轴承上衬套13A～B，深沟球轴承14A～B，小偏心盘轴承下衬套15A～B，大偏心盘16A～B，大偏心盘轴承上衬套17A～B，薄壁球轴承18A～B，大偏心盘轴承下衬套19A～B，支撑轴20A～B，外壳21A～B，大偏心盘齿轮22A～B，小偏心盘齿轮23A～B，电机小齿轮24A～B，编码器小齿轮25A～B。

本发明包括上双偏心盘、下双偏心盘、两根支撑轴，两个双偏心盘的结构完全相同，上、下双偏心盘之间通过支撑轴20A、20B与外壳21A、21B通过螺钉固定。

参见图2所示，上双偏心盘：绝对式编码器1A通过螺钉固定在电机支架3A上，电机支架3A与外壳21A通过螺钉固定，编码器大齿轮5A安装在绝对式编码器1A的输出轴上。电机2A通过螺钉固定在电机支架3A上，电机大齿轮4A安装在电机2A的输出轴上。编码器大齿轮5A与电机大齿轮4A构成齿轮啮合，从而测量电机2A转过的实际角度。大偏心盘齿轮22A通过螺钉与大偏心盘16A固定，电机大齿轮4A与大偏心盘齿轮22A构成齿轮啮合，将电机2A的转动传递给大偏心盘16A，从而控制大偏心盘16A转过的角度。关节轴承由关节轴承外环6A、关节轴承内环7A和关节轴承球体8A组成，将关节轴承安装在小偏心盘12A中，尾轴10一端穿过关节轴承球体8A，可相对于小偏心盘12A偏心轴上的一点自由摆动。小偏心盘12A安装在大偏心盘16A中，小偏心盘12A的几何中心线与大偏心盘16A的偏轴心重合。小偏心盘轴向固定圈11A与大偏心盘16A通过螺钉固定，小偏心盘12A与小偏心盘轴向固定圈11A之间通过小钢珠配合，可使小偏心盘12A绕大偏心盘16A的偏轴心线自由转动。小偏心盘轴承上衬套13A与小偏心盘12A同心，与深沟球轴承14A的外环接触并固定。小偏心盘轴承下衬套15A与小偏心盘12A同心，与深沟球轴承14A的内环接触并一起转动。小偏心盘轴承上衬套13A与小偏心盘轴承下衬套15A起到限制深沟球轴承14A轴向移动的作用。大偏心盘轴向固定圈9A与外壳21A通过螺钉固定，大偏心盘16A与大偏心盘轴向固定圈9A之间通过小钢珠配合，可使大偏心盘16A绕外壳21A的中心轴线自由转动。大偏心盘轴承上衬套17A与大偏心盘16A同心，与薄壁球轴承18A的外环接触并固定，大偏心盘轴承下衬套19A与大偏心盘16A同心，与薄壁球轴承18A的内环接触并一起转动。大偏心盘轴承上衬套17A与大偏心盘轴承下衬套19A起到限制深沟球轴承18A轴向移动的作用。绝对式编码器1B和电机2B通过螺钉与大偏心盘16A固定，编码器小齿轮25A安装在绝对式编码器1B的输出轴上，电机小齿轮24A安装在电机2B的输出轴上，编码器小齿轮25A与电机小齿轮24A构成齿轮啮合，从而测量电机2B转过的实际角度。小偏心盘齿轮23A通过螺钉与小偏心盘12A固定，电机小齿轮24A与小偏心盘齿轮23A构成齿轮啮合，将电机2B的转动传递给小偏心盘12A，从而控制小偏心盘12A转过的角度。

下双偏心盘与上双偏心盘结构完全相同。

该双偏心盘装置的具体工作流程为：对于上双偏心盘，电机2A电机轴转动，可带动电机大齿轮4A转动，通过齿轮啮合，大偏心盘齿轮22A随之转动，从而实现大偏心盘16A的转动，通过控制电机2A电机轴转动的角度，即可调节大偏心盘16A转动的角度。编码器大齿轮5A与电机大齿轮4A通过齿轮啮合，绝对式编码器1A可测出电机2A电机轴转动的实际角度值，构成电机2A的角度闭环控制。电机2B转动，可带动电机小齿轮24A转动，通过齿轮啮合，小偏心盘齿轮23A随之转动，从而实现小偏心盘12A的转动，通过控制电机2B电机轴转动的角度，即可调节小偏心盘12A转动的角度。编码器小齿轮25A与电机小齿轮24A通过齿轮啮合，绝对式编码器1B可测出电机2B电机轴转动的实际角度值，构成电机2B的角度闭环控制。同理，对于下双偏心盘工作流程是完全相同的。尾轴10可相对于小偏心盘12A、12B在关节轴承球体8A、8B作用下的自由摆动，双偏心盘的转动会带动尾轴10的空间运动，当上双偏心盘16A、16B与下双偏心盘12A、12B相对于零点位置转动角度相同时，尾轴10保持竖直状态，当上双偏心盘16A、16B与下双偏心盘12A、12B相对于零点位置转动角度不同时，尾轴10会倾斜，实现空间姿态的调整，因此，适当调整上、下双偏心盘中大、小偏心盘相对转动的角度，则可实现尾轴10在一定范围的空间姿态调整，相当于尾轴10可在一定范围的圆柱体内调整姿态。同时通过绝对式编码器1A～D形成电机的角度闭环，一方面可以提高偏心盘转过角度的精度，使尾轴10在空间姿态的调整更精确；另一方面可以获取当前尾轴10的空间姿态信息。

图1是一种用于空间姿态调整的双偏心盘装置的轴测图。

图2是一种用于空间姿态调整的双偏心盘装置的上双偏心盘爆炸图。本发明由两个相同的双偏心盘组成，两个外壳21A、21B相对安装，中间由两根支撑轴20A、20B固定。

图3是一种用于空间姿态调整的双偏心盘装置的齿轮啮合图。

图4是一种用于空间姿态调整的双偏心盘装置的整体爆炸图。

以上所述仅为本发明的具体实施例，以上实施例仅用于对本方面的技术方案和发明构思做说明而非限制本发明的权利要求范围。凡本技术领域中技术人员在本专利的发明构思基础上结合现有技术，通过逻辑分析、推理或有限实验可以得到的其他技术方案，也应该被认为落在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims

1.一种用于空间姿态调整的双偏心盘装置，由两个双偏心盘装置组成，上双偏心盘和下双偏心盘，尾轴穿过两个双偏心盘的偏轴心，其特征是：通过两个双偏心盘的作用，可实现穿过两个双偏心盘偏轴心的尾轴的空间姿态调整；该装置包括：绝对式编码器(1A～D)，电机(2A～D)，电机支架(3A～B)，电机大齿轮(4A～B)，编码器大齿轮(5A～B)，关节轴承外环(6A～B)，关节轴承内环(7A～B)，关节轴承球体(8A～B)，大偏心盘轴向固定圈(9A～B)，尾轴(10)，小偏心盘轴向固定圈(11A～B)，小偏心盘(12A～B)，小偏心盘轴承上衬套(13A～B)，深沟球轴承(14A～B)，小偏心盘轴承下衬套(15A～B)，大偏心盘(16A～B)，大偏心盘轴承上衬套(17A～B)，薄壁球轴承(18A～B)，大偏心盘轴承下衬套(19A～B)，支撑轴(20A～B)，外壳(21A～B)，大偏心盘齿轮(22A～B)，小偏心盘齿轮(23A～B)，电机小齿轮(24A～B)，编码器小齿轮(25A～B)。

2.根据权利要求1所述的一种用于空间姿态调整的双偏心盘装置，其特征是：包括上双偏心盘、下双偏心盘、两根支撑轴，两个双偏心盘的结构完全相同，上、下双偏心盘之间通过支撑轴(20A)、(20B)与外壳(21A)、(21B)通过螺钉固定。

3.根据权利要求1所述的一种用于空间姿态调整的双偏心盘装置，上双偏心盘装置中，绝对式编码器(1A)通过螺钉固定在电机支架(3A)上，电机支架(3A)与外壳(21A)通过螺钉固定，编码器大齿轮(5A)安装在绝对式编码器(1A)的输出轴上；电机(2A)通过螺钉固定在电机支架(3A)上，电机大齿轮(4A)安装在电机(2A)的输出轴上；编码器大齿轮(5A)与电机大齿轮(4A)构成齿轮啮合，从而测量电机(2A)转过的实际角度；大偏心盘齿轮(22A)通过螺钉与大偏心盘(16A)固定，电机大齿轮(4A)与大偏心盘齿轮(22A)构成齿轮啮合，将电机(2A)的转动传递给大偏心盘(16A)，从而控制大偏心盘(16A)转过的角度；关节轴承由关节轴承外环(6A)、关节轴承内环(7A)和关节轴承球体(8A)组成，将关节轴承安装在小偏心盘(12A)中，尾轴(10)一端穿过关节轴承球体(8A)，可相对于小偏心盘(12A)偏心轴上的一点自由摆动；小偏心盘(12A)安装在大偏心盘(16A)中，小偏心盘(12A)的几何中心线与大偏心盘(16A)的偏轴心重合；小偏心盘轴向固定圈(11A)与大偏心盘(16A)通过螺钉固定，小偏心盘(12A)与小偏心盘轴向固定圈(11A)之间通过小钢珠配合，可使小偏心盘(12A)绕大偏心盘(16A)的偏轴心线自由转动；小偏心盘轴承上衬套(13A)与小偏心盘(12A)同心，与深沟球轴承(14A)的外环接触并固定；小偏心盘轴承下衬套(15A)与小偏心盘(12A)同心，与深沟球轴承(14A)的内环接触并一起转动；小偏心盘轴承上衬套(13A)与小偏心盘轴承下衬套(15A)起到限制深沟球轴承(14A)轴向移动的作用；大偏心盘轴向固定圈(9A)与外壳(21A)通过螺钉固定，大偏心盘(16A)与大偏心盘轴向固定圈(9A)之间通过小钢珠配合，可使大偏心盘(16A)绕外壳(21A)的中心轴线自由转动；大偏心盘轴承上衬套(17A)与大偏心盘(16A)同心，与薄壁球轴承(18A)的外环接触并固定，大偏心盘轴承下衬套(19A)与大偏心盘(16A)同心，与薄壁球轴承(18A)的内环接触并一起转动；大偏心盘轴承上衬套(17A)与大偏心盘轴承下衬套(19A)起到限制深沟球轴承(18A)轴向移动的作用；绝对式编码器(1B)和电机(2B)通过螺钉与大偏心盘(16A)固定，编码器小齿轮(25A)安装在绝对式编码器(1B)的输出轴上，电机小齿轮(24A)安装在电机(2B)的输出轴上，编码器小齿轮(25A)与电机小齿轮(24A)构成齿轮啮合，从而测量电机(2B)转过的实际角度；小偏心盘齿轮(23A)通过螺钉与小偏心盘(12A)固定，电机小齿轮(24A)与小偏心盘齿轮(23A)构成齿轮啮合，将电机(2B)的转动传递给小偏心盘(12A)，从而控制小偏心盘(12A)转过的角度。

4.根据权利要求1所述的一种用于空间姿态调整的双偏心盘装置，其特征是：对于上双偏心盘，电机(2A)电机轴转动，可带动电机大齿轮(4A)转动，通过齿轮啮合，大偏心盘齿轮(22A)随之转动，从而实现大偏心盘(16A)的转动，通过控制电机(2A)电机轴转动的角度，即可调节大偏心盘(16A)转动的角度；编码器大齿轮(5A)与电机大齿轮(4A)通过齿轮啮合，绝对式编码器(1A)可测出电机(2A)电机轴转动的实际角度值，构成电机(2A)的角度闭环控制；电机(2B)转动，可带动电机小齿轮(24A)转动，通过齿轮啮合，小偏心盘齿轮(23A)随之转动，从而实现小偏心盘(12A)的转动，通过控制电机(2B)电机轴转动的角度，即可调节小偏心盘(12A)转动的角度；编码器小齿轮(25A)与电机小齿轮(24A)通过齿轮啮合，绝对式编码器(1B)可测出电机(2B)电机轴转动的实际角度值，构成电机(2B)的角度闭环控制；同理，对于下双偏心盘工作流程是完全相同的。

5.根据权利要求1所述的一种用于空间姿态调整的双偏心盘装置，其特征是：尾轴(10)可相对于小偏心盘(12A)、(12B)在关节轴承球体(8A)、(8B)作用下的自由摆动，双偏心盘的转动会带动尾轴(10)的空间运动；当上双偏心盘(16A)、(16B)与下双偏心盘(12A)、(12B)相对于零点位置转动角度相同时，尾轴(10)保持竖直状态；当上双偏心盘(16A)、(16B)与下双偏心盘(12A)、(12B)相对于零点位置转动角度不同时，尾轴(10)会倾斜，实现空间姿态的调整；因此，适当调整上、下双偏心盘中大、小偏心盘相对转动的角度，则可实现尾轴(10)在一定范围的空间姿态调整，相当于尾轴(10)可在一定范围的圆柱体内调整姿态；同时通过绝对式编码器(1A～D)形成电机的角度闭环，一方面可以提高偏心盘转过角度的精度，使尾轴(10)在空间姿态的调整更精确；另一方面可以获取当前尾轴(10)的空间姿态信息。