CN104390111A - 球面移动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种球面移动装置，包括：圆弧导轨，沿所述圆弧导轨移动的圆弧导轨移动装置，与圆弧导轨上端铰链连接的上悬挂件，环形导轨，可沿环形导轨运行的环形导轨移动装置，所述圆弧导轨底端与所述环形导轨移动装置固连，所述圆弧导轨的圆心在所述环形导轨轴线上，所述圆弧导轨移动装置上安装被定位的元件。优点是：保证了被定位元件在一个球面上运动，能够到达球面上任意位置，且可达空间充足，且定位元件轴线始终指向运动球面的球心，被定位元件的经纬定位信息可以直接关联到运动关节的运动量，解算量小，结构刚度大，在大半径球面上运动时，亦很可靠，且运动关节上设计保证了系统的稳定性。

Description

球面移动装置

技术领域

本发明涉及一种移动装置，尤其涉及一种大半径球面上的移动装置。

背景技术

目前国内外研制出的移动装置可以分为三种类型：1、直角坐标式；2、球坐标式；3、圆柱坐标式。而对于在中空球面上运动的移动装置很少见。直角坐标式移动装置是通过球面上的经纬位置计算出各直线运动驱动机构的运动量，然后再调整末端的姿态满足被定位元件指向虚拟的圆心点；球坐标式移动装置由于用到了球铰，在实际运用中并不多见，而是采用两个转动铰链来代替球较，其结构复杂，也需要从经纬位置解算出各运动参量；圆柱坐标式移动装置与直角坐标式和球坐标式移动装置类似，都需要解算，但解算量相对较少，解算过程相对简单。以上移动装置都不能从经纬位置快速解算出各运动关节的运动量，且运动末端不能保证被定位元件轴线始终指向球心，需要额外的调整机构，且对于大半径的球面上运动时，悬臂长刚度差。中国专利CN201110321420.6公布了一种新型球面定位机构，其通过两个转动副和一个移动副来实现球面上定位。

其末端的运动范围有限，且在大半径球面上运动时，悬臂长刚度差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种运动关节的运动量直接与经纬度直接相关联，解算方便，运动空间充足，且在大半径球面上运动时刚度依然很好的球面移动装置。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：球面移动装置，包括：圆弧导轨，沿所述圆弧导轨移动的圆弧导轨移动装置，与圆弧导轨上端铰链连接的上悬挂件，环形导轨，可沿环形导轨运行的环形导轨移动装置，所述圆弧导轨底端与所述环形导轨移动装置固连，所述圆弧导轨的圆心在所述环形导轨轴线上，所述圆弧导轨移动装置上安装被定位的元件。

为了更好地解决上述技术问题，本发明采用的进一步技术方案是：所述圆弧导轨包括：两个支撑架和两个圆弧轨道，所述圆弧轨道内外两侧有内圆弧面和外圆弧面，所述内圆弧面和所述外圆弧面同轴，每个圆弧轨道分别与支撑架相连，在靠近所述圆弧导轨上端和圆弧导轨底端位置与所述两支撑架固连，使两圆弧轨道保持恒定的距离，形成连通的空间，在两圆弧轨道靠近连通空间的位置的内外两侧进行倒角，使两圆弧导轨组成内楔形槽和外楔形槽；所述圆弧导轨移动装置包括：外侧板，安装在所述外侧板左侧的轮对A和安装在所述外侧板右侧的轮对B，安装在外侧板中间位置的圆柱导向杆A和圆柱导向杆B，所述圆柱导向杆A的轴线与所述圆柱导向杆B的轴线平行；内侧板，所述内侧板可沿着所述圆柱导向杆A和圆柱导向杆B滑动，安装在内侧板中间位置的轮对C；所述轮对A、轮对B和轮对C的外形为楔形，所述轮对C沿着所述内楔形槽滚动，所述轮对A和所述轮对B沿着所述外楔形槽滚动；弹簧压板，所述弹簧压板沿着所述圆柱导向杆A和所述圆柱导向杆B滑动，所述弹簧压板在所述内侧板内侧，所述圆柱导向杆A和所述圆柱导向杆B末端有螺纹，所述圆柱导向杆A和所述圆柱导向杆B螺纹段对应安装有调节螺母，在所述内侧板与所述弹簧压板之间有弹簧，通过调节所述调节螺母，使弹簧压板对弹簧施加压力，从而使内侧板上的轮对C压住所述内楔形槽。

为了更好地解决上述技术问题，本发明采用的进一步技术方案是：所述轮对A上设有锥齿轮A，所述外侧板上安装有驱动电机A，所述驱动电机的轴上安装有锥齿轮B，所述锥齿轮A与所述锥齿轮B啮合，所述驱动电机工作带动所述轮对A，进而带动所述圆弧导轨移动装置，所述驱动电机A能够接受指令并能返回电机转过的角度。

为了更好地解决上述技术问题，本发明采用的进一步技术方案是：所述圆弧导轨移动装置上安装有倾角传感器，所述倾角传感器能够返回圆弧导轨移动装置相对于初始位置转过的角度。

为了更好地解决上述技术问题，本发明采用的进一步技术方案是：所述被定位的元件为一探头，所述探头有一探测轴线；所述圆弧导轨移动装置中的外侧板上还装有两个探头支架，所述两个探头支架的末端安装有探头安装板，所述探头通过四个固定螺钉安装在探头安装板上，在探头安装板上设有四个调节螺钉，所述调节螺钉作用到探头与探头安装板之间的接触面上，调节所述调节螺钉可保证探头轴线指向运动球面的球心。

为了更好地解决上述技术问题，本发明采用的进一步技术方案是：所述环形导轨上安装有圆弧齿条，所述圆弧齿条与环形轨道同心，在所述环形导轨移动装置上安装有驱动电机B，所述驱动电机输出轴安装有齿轮，所述齿轮与圆弧齿条啮合，所述驱动电机B能够接收指令并能返回电机转过的角度。

为了更好地解决上述技术问题，本发明采用的进一步技术方案是：所述环形导轨移动装置上安装有四个轴线与所述环形导轨轴线平行的槽轮，其中两个槽轮作用在环形轨道的内侧，两个槽轮作用到环形轨道的外侧。

本发明的优点是：上述球面移动装置，保证了被定位元件在一个球面上运动，能够到达球面上任意位置，且可达空间充足，且定位元件轴线始终指向运动球面的球心，被定位元件的经纬定位信息可以直接关联到运动关节的运动量，解算量小，结构刚度大，在大半径球面上运动时，亦很可靠，且运动关节上设计保证了系统的稳定性。

附图说明

图1为本发明球面移动装置的整体结构示意图；

图2为本发明球面移动装置中圆弧导轨的结构示意图；

图3为本发明球面移动装置中圆弧导轨移动装置的结构示意图；

图4为本发明球面移动装置中圆弧导轨移动装置主视图结构示意图；

图5为本发明球面移动装置中圆弧导轨移动装置俯视图结构示意图；

图6为本发明球面移动装置中探头安装结构示意图；

图7为本发明球面移动装置中探头安装轴线示意图；

图8为本发明球面移动装置中环形导轨移动装置结构示意图。

图中：1、上悬挂件，2、圆弧导轨，3、圆弧导轨移动装置，4、环形导轨，5、环形导轨移动装置，6、探头轴线，7、球心，21、支撑架，22、圆弧轨道，23、外圆弧面，24、内圆弧面，25、外楔形槽，26、内楔形槽，31、轮对A，32、轮对B，33、轮对C，34、外侧板，35、内侧板，36、弹簧压板，37、弹簧，38、圆柱导向杆A，39、圆柱导向杆B，310、调节螺母，311、探头支架，312、探头安装板，313、探头，314、倾角传感器，315、锥齿轮A，316、锥齿轮B，317、驱动电机A，318、固定螺钉，319、调节螺钉，41、圆弧齿条，42、环形轨道，51、槽轮，52、驱动电机B，53、齿轮。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例详细描述一下本发明的具体内容。

参照图1，球面移动装置，包括：圆弧导轨2，沿所述圆弧导轨2移动的圆弧导轨移动装置3，与圆弧导轨2上端铰链连接的上悬挂件1，环形导轨4，可沿环形导轨4运行的环形导轨移动装置5，所述圆弧导轨2底端与所述环形导轨移动装置5固连，所述圆弧导轨2的圆心在所述环形导轨4轴线上，所述圆弧导轨移动装置3上安装被定位的元件。所述圆弧导轨移动装置3和所述环形导轨移动装置5可以有驱动也可以没有驱动，当没有驱动时，所述圆弧导轨移动装置3和所述环形导轨移动装置5可被外界人力或和物力拖拽运行。

参照图1至图4，所述圆弧导轨2包括：两个支撑架21和两个圆弧轨道22，所述圆弧轨道22内外两侧有内圆弧面24和外圆弧面23，所述内圆弧面24和所述外圆弧面23同轴，每个圆弧轨道22分别与支撑架21相连，在靠近所述圆弧导轨2上端和底端位置所述两支撑架21固连，使两圆弧轨道22保持恒定的距离，形成连续的空间，在两圆弧轨道22靠近连通空间的位置的内外两侧进行倒角，使两圆弧导轨组成内楔形槽26和外楔形槽25。

所述圆弧导轨移动装置3包括：外侧板34，安装在所述外侧板34左侧的轮对A31和安装在所述外侧板34右侧的轮对B32，安装在外侧板34中间位置的圆柱导向杆A38和圆柱导向杆B39，所述圆柱导向杆A38的轴线与所述圆柱导向杆B39的轴线平行；所述圆弧导轨移动装置3还包括内侧板35，所述内侧板35可沿着所述圆柱导向杆A38和圆柱导向杆B39滑动，内侧板35中间位置安装轮对C33；所述轮对A31、轮对B32和轮对C33的外形为楔形，所述轮对C33沿着所述内楔形槽26滚动，所述轮对A31和所述轮对B32沿着所述外楔形槽25滚动；所述圆弧导轨移动装置3还包括弹簧压板36，所述弹簧压板36沿着所述圆柱导向杆A38和所述圆柱导向杆B39滑动，所述弹簧压板36在所述内侧板35内侧，所述圆柱导向杆A38和所述圆柱导向杆B39末端有螺纹，所述圆柱导向杆A38和所述圆柱导向杆B39螺纹段对应安装有调节螺母310，在所述内侧板35与所述弹簧压板36之间有弹簧37，通过调节所述调节螺母310，使弹簧压板36对弹簧37施加压力，从而使内侧板35上的轮对C33压住所述内楔形槽26。

参照图5，所述轮对A31上设有锥齿轮A315，所述外侧板34上安装有驱动电机A317，所述驱动电机A317的轴上安装有锥齿轮B316，所述锥齿轮A315与所述锥齿轮B317啮合，所述驱动电机A317工作带动所述轮对A31，进而带动所述圆弧导轨移动装置3运动，所述驱动电机A317能够接受指令并能返回电机转过的角度。

参照图4，所述圆弧导轨移动装置3上安装有倾角传感器314，所述倾角传感器314能够返回圆弧导轨移动装置3相对于初始位置转过的角度。

参照图4、图6和图7，所述被定位的元件为一探头313，所述探头313有一探测轴线6；所述圆弧导轨移动装置3中的外侧板34上还装有两个探头支架311，所述两个探头支架311的末端安装有探头安装板312，所述探头313通过四个固定螺钉318安装在探头安装板312上，在探头安装板312上设有四个调

节螺钉319，所述调节螺钉319作用到探头313与探头安装板312之间的接触面上，调节所述调节螺钉319可保证探头轴线6指向运动球面的球心7。

参照图8，所述环形导轨4上安装有圆弧齿条41，所述圆弧齿条41与环形轨道42同心，在所述环形导轨移动装置5上安装有驱动电机B52，所述驱动电机B输出轴安装有齿轮53，所述齿轮53与圆弧齿条41啮合，所述驱动电机B52能够接收指令并能返回电机转过的角度。

进一步，参照图8，所述环形导轨移动装置5上安装有四个轴线与所述环形导轨4轴线平行的槽轮51，其中两个槽轮作用在环形轨道4的内侧，两个槽轮作用到环形轨道4的外侧。

上述圆弧轨道移动装置3并不仅限于上述实施方式中的结构，只要能够满足沿圆弧轨道2移动，就能满足解决保证被定位元件在球面上运动这个技术问题的要求；同样，环形导轨移动装置5能够满足沿环形导轨4移动这一功能，就能满足解决被定位元件在球面上运动的技术问题的要求。

Claims (7)

1.球面移动装置，其特征在于：包括：圆弧导轨，沿所述圆弧导轨移动的圆弧导轨移动装置，与圆弧导轨上端铰链连接的上悬挂件，环形导轨，可沿环形导轨运行的环形导轨移动装置，所述圆弧导轨底端与所述环形导轨移动装置固连，所述圆弧导轨的圆心在所述环形导轨轴线上，所述圆弧导轨移动装置上安装被定位的元件。

2.根据权利要求1所述的球面移动装置，其特征在于：所述圆弧导轨包括：两个支撑架和两个圆弧轨道，所述圆弧轨道内外两侧有内圆弧面和外圆弧面，所述内圆弧面和所述外圆弧面同轴，每个圆弧轨道分别与支撑架相连，在靠近所述圆弧导轨上端和圆弧导轨底端位置与所述两支撑架固连，使两圆弧轨道保持恒定的距离，形成连通的空间，在两圆弧轨道靠近连通空间的位置的内外两侧进行倒角，使两圆弧导轨组成内楔形槽和外楔形槽；所述圆弧导轨移动装置包括：外侧板，安装在所述外侧板左侧的轮对A和安装在所述外侧板右侧的轮对B，安装在外侧板中间位置的圆柱导向杆A和圆柱导向杆B，所述圆柱导向杆A的轴线与所述圆柱导向杆B的轴线平行；内侧板，所述内侧板可沿着所述圆柱导向杆A和圆柱导向杆B滑动，安装在内侧板中间位置的轮对C；所述轮对A、轮对B和轮对C的外形为楔形，所述轮对C沿着所述内楔形槽滚动，所述轮对A和所述轮对B沿着所述外楔形槽滚动；弹簧压板，所述弹簧压板沿着所述圆柱导向杆A和所述圆柱导向杆B滑动，所述弹簧压板在所述内侧板内侧，所述圆柱导向杆A和所述圆柱导向杆B末端有螺纹，所述圆柱导向杆A和所述圆柱导向杆B螺纹段对应安装有调节螺母，在所述内侧板与所述弹簧压板之间有弹簧，通过调节所述调节螺母，使弹簧压板对弹簧施加压力，从而使内侧板上的轮对C压住所述内楔形槽。

3.根据权利要求2所述的球面移动装置，其特征在于：所述轮对A上设有锥齿轮A，所述外侧板上安装有驱动电机A，所述驱动电机的轴上安装有锥齿轮B，所述锥齿轮A与所述锥齿轮B啮合，所述驱动电机工作带动所述轮对A，进而带动所述圆弧导轨移动装置，所述驱动电机A能够接受指令并能返回电机转过的角度。

4.根据权利要求2所述的球面移动装置，其特征在于：所述圆弧导轨移动装置上安装有倾角传感器，所述倾角传感器能够返回圆弧导轨移动装置相对于初始位置转过的角度。

5.根据权利要求2所述的球面移动装置，其特征在于：所述被定位的元件为一探头，所述探头有一探测轴线；所述圆弧导轨移动装置中的外侧板上还装有两个探头支架，所述两个探头支架的末端安装有探头安装板，所述探头通过四个固定螺钉安装在探头安装板上，在探头安装板上设有四个调节螺钉，所述调节螺钉作用到探头与探头安装板之间的接触面上，调节所述调节螺钉可保证探头轴线指向运动球面的球心。

6.根据权利要求1所述的球面移动装置，其特征在于：所述环形导轨上安装有圆弧齿条，所述圆弧齿条与环形轨道同心，在所述环形导轨移动装置上安装有驱动电机B，所述驱动电机输出轴安装有齿轮，所述齿轮与圆弧齿条啮合，所述驱动电机B能够接收指令并能返回电机转过的角度。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的球面移动装置：其特征在于：所述环形导轨移动装置上安装有四个轴线与所述环形导轨轴线平行的槽轮，其中两个槽轮作用在环形轨道的内侧，两个槽轮作用到环形轨道的外侧。