CN105692117B - 一种横梁式极坐标平面运动机构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种横梁式极坐标平面运动机构,包括底座,所述底座的左、右两侧各固定有一根立柱,所述的两根立柱的上端共同安装有一根横梁,所述横梁左侧设有方形通孔,横梁中侧设有中心孔,所述方形通孔内安装有折弯件,所述折弯件上安装有一号电机,所述一号电机的轴上连接有角度主动轮;所述中心孔内安装有旋转轴,所述旋转轴的下部通过键连接的方式安装有角度从动轮,所述角度主动轮与角度从动轮之间连接有一号传动带。本发明采用传动带带动可旋转和可摆动的机构转动,实现复杂的曲线弧的绘制,结构简单,操作和控制方便,便于在平面上绘制圆弧形轨迹,绘制精度高,运动灵活,代替了手工绘制,自动化程度高,提高了生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及三维增材制造设备技术领域,具体的说是一种横梁式极坐标平面运动机构。
背景技术
一个平面,如果确定一个原点O,那么其他任意的点都将可以用基于这这个点的坐标来表示,记作Z(x,y),如果利用两个电机分别驱动两个轴,则可以将一个终端移动到任意一指定点。同理,如果确定一定点O,叫极点,引一条射线Ox,叫做极轴,再选定一个长度单位和角度的正方向(通常取逆时针方向)。对于平面内任何一点M,用ρ表示线段OM的长度,θ表示从Ox到OM的角度,ρ叫做点M的极径,θ叫做点M的极角,有序数对(ρ,θ)就叫点M的极坐标,这样建立的坐标系叫做极坐标系。
其中,极坐标和平面坐标可以互相转换,在极坐标中,x被ρcosθ代替,y被ρsinθ代替,ρ2=(x2+y2)。
同理,使用一个轴控制角度θ,一个轴控制长度,即ρ,也可以将任一终端移动到指定位置。
一般情况,如果在平面上运动一个圆弧形轨迹,如果是平面坐标,则使用插值法来完成,即将一段圆弧分成很多段直线来模拟曲线,一般通过控制电机的x与y方向来完成,这样执行圆弧段效率很低,速度很慢。但如果使用极坐标的运动机构,可以固定极径ρ,控制θ旋转角即可得到平滑的圆弧形轨迹,速度快,效率高。
在实际应用中,使用极坐标系,机械部件的运动量较少,相对而言运动加速度更小,速度更快。越接近构建平台的中心其部件的运动幅度越小,相应地其运动分辨率更高。
如中国专利公开号为CN105415685A,公开了一种智能3D打印一体机,其在升降装置的上端安装有与底座平行设置的横杆,横杆的顶面通过固定装置安装动力装置与减速机构,且动力装置与减速机构连接;第一连接杆贯穿横杆并与减速机构连接;其结构简单,使用方便,不仅能做旋转运动,而且还能改变喷头在旋转过程中的旋转半径。但是,其采用的是悬臂结构,由于负载的影响,会使得运动精度难以得到保证。其次,由于采用的是电机直接驱动第一连杆转动的方式,一方面会使得电机尺寸较大,占据较大的空间体积,需要承受输出端的重量,形成对电机轴的弯矩,长此以往,会影响到电机的使用寿命,最终影响到加工精度。
发明内容
针对上述技术的缺陷,本发明提出一种横梁式极坐标平面运动机构。
一种横梁式极坐标平面运动机构,包括底座,所述底座的左、右两侧各固定有一根立柱,所述的两根立柱的上端共同安装有一根横梁,所述横梁左侧设有方形通孔,横梁中侧设有中心孔,所述方形通孔内安装有折弯件,所述折弯件上安装有一号电机,所述一号电机的轴上连接有角度主动轮;所述中心孔内安装有旋转轴,所述旋转轴的下部通过键连接的方式安装有角度从动轮,所述角度主动轮与角度从动轮之间连接有一号传动带。
所述旋转轴的下端固定有电机座,所述电机座内固定有二号电机,所述二号电机的轴上连接有位置主动轮,所述电机座左端面上安装有平行导轨,所述平行导轨上套有导轨滑块,所述平行导轨的另一端安装有末端块,所述末端块的下端面上安装有可相对于末端块转动的位置从动轮,所述位置主动轮与位置从动轮之间设有二号传动带。
所述导轨滑块中间通过螺纹连接的方式连接有连杆,所述连杆的下端连接有终端,所述底座中央设有十字形对焦点。
所述立柱、横梁都采用方形柱;所述横梁与立柱采用方形销连接。
所述折弯件的弯折角为90°,折弯件的一端开有两个平行的U形槽。
所述电机座的下端面中间安装有一个限位开关槽。
所述角度从动轮和角度主动轮的轮径比为1:n,其中n为正整数,位置主动轮和位置从动轮的轮径比为1:1。
所述连杆为双头螺栓,连杆的中部截面呈方形,连杆中部的侧面上设有两个肋,连杆的方形部分的宽度小于位置主动轮与位置从动轮的直径。
本发明的有益效果是:
本发明采用传动带带动可旋转和可摆动的机构转动,实现复杂的曲线弧的绘制,结构简单,操作和控制方便,便于在平面上绘制圆弧形轨迹,绘制精度高,运动灵活,代替了手工绘制,自动化程度高,提高了生产效率。
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为本发明的左前侧立体图;
图2为本发明的左下侧立体图;
图3为本发明横梁的立体图;
图4为本发明的折弯件的立体图;
图5为本发明的旋转轴与电机座配合时的立体图;
图6为本发明的旋转轴与电机座配合时的左下侧立体图;
图7为本发明的末端块的立体图;
图8为本发明的导轨滑块的立体图;
图9为本发明的连杆的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面对本发明进一步阐述。
如图1至图9所示,一种横梁式极坐标平面运动机构,包括底座1,所述底座1的左、右两侧各固定有一根立柱2,所述的两根立柱2的上端共同安装有一根横梁4,所述横梁4左侧设有方形通孔21,横梁4中侧设有中心孔23,所述方形通孔21内安装有折弯件12,方形通孔21靠近杆中心一侧的侧面上设有螺纹孔,用来固定折弯件12。所述折弯件12上安装有一号电机11,所述一号电机11的轴上连接有角度主动轮10;所述中心孔23内安装有旋转轴6,所述旋转轴6的下部通过键连接的方式安装有角度从动轮7,所述角度主动轮10与角度从动轮7之间连接有一号传动带9。
所述旋转轴6的下端固定有电机座27,所述电机座27内固定有二号电机5,所述二号电机5的轴上连接有位置主动轮3,所述电机座27左端面上安装有平行导轨14,所述平行导轨14上套有导轨滑块13,所述平行导轨14的另一端安装有末端块15,所述末端块15的下端面上安装有可相对于末端块15转动的位置从动轮16,所述位置主动轮3与位置从动轮16之间设有二号传动带17。所述导轨滑块13中间通过螺纹连接的方式连接有连杆18,所述连杆18的下端连接有终端19,所述底座1中央设有十字形对焦点20。
所述立柱2、横梁4都采用方形柱;所述横梁4与立柱2采用方形销连接。
所述折弯件12的弯折角为90°,折弯件12的一端开有两个平行的U形槽24。
所述电机座27的下端面中间安装有一个限位开关29。
所述角度从动轮7和角度主动轮10的轮径比为1:n,其中n为正整数,位置主动轮3和位置从动轮16的轮径比为1:1。
所述连杆18为双头螺栓,连杆18的中部截面呈方形,连杆18中部的侧面上设有两个肋36,用于连接二号传动带17的两端,所述连杆18的方形部分的宽度小于位置主动轮3与位置从动轮16的直径。使用时,通过调节连杆18的高度来保证其中间段与位置从轮16和位置主动轮3在相同水平线上。
运动前,先进行机构校准,二号电机5顺时针旋转,导轨滑块13移动到最左端并触碰到限位开关29,此时终端19中心点应该对应底座1上的十字形校准点20的位置,此时二号电机5停止转动,角度主动轮10角度设置为0,校准完成。此后,一号电机11和二号电机5根据代码来控制各自的转向和转动角度,来达到将终端19带动到底座1上任一点的位置。
在对硬件的调节方面,利用折弯件12上的U形槽24,可调节安装在折弯件12上的一号电机11的高度,从而保持一号传动带9的水平传动,并根据角度主动轮10和角度从动轮7的轮径比设置好编程控制的传动系数,方便通过角度主动轮10来精确控制旋转轴6的旋转角度。
所述一号电机11转动带动旋转轴6转动,旋转轴6带动与其固定的电机座27转动,由于导轨滑块13位于电机座27的一侧,当电机座27转动时,导轨滑块13也将在平面上做弧线运动。当二号电机5启动时,将通过二号传动带17带动与二号传动带17相连的连杆18以及与连杆18通过螺纹连接的终端19沿平行导轨14移动,从而实现了终端19在平面上的综合运动。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (5)
1.一种横梁式极坐标平面运动机构,包括底座(1),所述底座(1)的左、右两侧各固定有一根立柱(2),其特征在于:所述的两根立柱(2)的上端共同安装有一根横梁(4),所述横梁(4)左侧设有方形通孔(21),横梁(4)中侧设有中心孔(23),所述方形通孔(21)内安装有折弯件(12),所述折弯件(12)上安装有一号电机(11),所述一号电机(11)的轴上连接有角度主动轮(10);所述中心孔(23)内安装有旋转轴(6),所述旋转轴(6)的下部通过键连接的方式安装有角度从动轮(7),所述角度主动轮(10)与角度从动轮(7)之间连接有一号传动带(9);
所述旋转轴(6)的下端固定有电机座(27),所述电机座(27)内固定有二号电机(5),所述二号电机(5)的轴上连接有位置主动轮(3),所述电机座(27)左端面上安装有平行导轨(14),所述平行导轨(14)上套有导轨滑块(13),所述平行导轨(14)的另一端安装有末端块(15),所述末端块(15)的下端面上安装有可相对于末端块(15)转动的位置从动轮(16),所述位置主动轮(3)与位置从动轮(16)之间设有二号传动带(17);
所述导轨滑块(13)中间通过螺纹连接的方式连接有连杆(18),所述连杆(18)的下端连接有终端(19),所述底座(1)中央设有十字形对焦点(20),所述连杆(18)为双头螺栓,连杆(18)的中部截面呈方形,连杆(18)中部的侧面上设有两个肋(36),连杆(18)的方形部分的宽度小于位置主动轮(3)与位置从动轮(16)的直径;
当二号电机(5)启动时,将通过二号传动带(17)带动与二号传动带(17)相连的连杆(18)以及与连杆(18)通过螺纹连接的终端(19)沿平行导轨(14)移动,实现终端(19)在平面上的综合运动。
2.根据权利要求1所述的一种横梁式极坐标平面运动机构,其特征在于:所述立柱(2)、横梁(4)都采用方形柱;所述横梁(4)与立柱(2)采用方形销连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种横梁式极坐标平面运动机构,其特征在于:所述折弯件(12)的弯折角为90°,折弯件(12)的一端开有两个平行的U形槽(24)。
4.根据权利要求1所述的一种横梁式极坐标平面运动机构,其特征在于:所述电机座(27)的下端面中间安装有一个限位开关(29)。
5.根据权利要求1所述的一种横梁式极坐标平面运动机构,其特征在于:所述角度从动轮(7)和角度主动轮(10)的轮径比为1:n,其中n为正整数,位置主动轮(3)和位置从动轮(16)的轮径比为1:1。
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