CN106670877B - 一种具有高度差补偿的联动摆头装置及其参数确定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有高度差补偿的联动摆头装置及其参数确定方法。所述联动摆头具体为一组补偿齿轮(2)(3)(4)、一个带齿条的立柱(1)和一个摆动头(5)。其中，补偿齿轮组的从动轮(4)与摆动头(5)同轴回转，在驱动作用下，摆动头(5)能实现垂直平面内的摆动；补偿齿轮组的主动轮(3)带动齿轮齿条传动装置实现上下移动。本发明仅需一个电机驱动，能够补偿摆动头(5)头部因摆角不同而产生的竖直高度变化；进一步的，所述联动摆头用于补偿摆动高度差的补偿齿轮组的具体参数确定方法，是运用最小二乘法对摆动头头部高度变化曲线进行拟合，并根据允差计算得出的。

Description

一种具有高度差补偿的联动摆头装置及其参数确定方法
技术领域
本发明涉及机械设备领域，具体涉及一种具有高度差补偿的联动摆头装置。
背景技术
摆动头在摆动的同时，摆头头部的竖直高度会发生变化，为了补偿此高度差，传统的做法是增加一个升降自由度，这样既增加了控制系统的复杂程度，还提高了成本。
发明内容
本发明克服了上述不足，提出了一种具有高度差补偿的联动摆头装置，并提出了确定该装置具体参数的方法。
一种具有高度差补偿的联动摆头装置，包括一组补偿齿轮、一个带齿条的立柱和一个摆动头，其特征是：补偿齿轮组的从动轮与摆动头同轴回转，其主动轮在旋转电机的驱动下，一方面带动从动轮转动，以实现摆动头的摆动，同时带动齿轮齿条传动装置，实现摆动头的上下移动，对摆动高度差进行补偿。
而且，所述补偿齿轮组是外啮合传动的；所述带齿条的立柱是固定不动的，补偿齿轮组相对齿条运动，带动摆动头整体做升降运动。
而且，当摆动头的长度l和其摆动角度θ的变化范围确定后，摆动头头部竖直高度变化H为：H＝l*(1-cosθ)，用最小二乘法对摆动头头部竖直高度变化曲线进行拟合，得到一条最佳的线性拟合曲线，该曲线的斜率为所述补偿齿轮组中与齿条啮合的齿轮的半径R与补偿齿轮组的传动比i的乘积，根据具体结构要求，合理取定R和i的值，则所述联动摆头装置的具体参数得以确定。
本发明的有益技术效果是：
1.本发明将摆动头的摆动自由度和用于高度补偿的升降自由度用一个自由度替代，在满足原有功能的基础下，简化了控制系统，降低了整个设备的成本。
2.本发明提出了一种具有高度差补偿的联动摆头装置的参数确定方法，在摆动头长度和摆角范围发生变化时，该方法依然有效，能准确地计算出变化后联动摆头装置所需要的参数。
3.本发明有效的对摆动头因摆动所引起的头部的高度变化进行了补偿，摆动头的摆角范围越小，高度差补偿效果越好，即使摆动角度大于60°，通过本发明进行高度差补偿，也能很有效的降低高度误差。
附图说明
图1是本发明的联动摆头装置的装配图。
图2是本发明的联动摆头装置的装配图的左视图。
图3是本发明的联动摆头装置参数示意图。
【附图符号说明】1.带齿条的立柱；2.补偿齿轮组的主动轮Z1；3.补偿齿轮组的主动轮Z2；4.补偿齿轮组的从动轮；5.摆动头；6.驱动装置；
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
如图1，图2，图3所示，本发明的补偿齿轮的主动轮(2)(3)在驱动装置(6)的作用下逆时针转动时，与主动轮Z1(2)外啮合的从动齿轮(4)顺时针旋转，所述摆动头(5)与所述从动轮(4)是固连的，所以摆动头(5)作顺时针摆动，摆动头(5)头部也因此升高。与此同时，由于带齿条的立柱(1)固定不动，整个摆动头随着主动轮Z2(3)一起向下运动，摆动头(5)头部上升的高度因此得以补偿；当本发明的补偿齿轮组的主动轮(2)(3)在驱动装置(6)的作用下顺时针转动时，上述运动情况刚好相反。
另外，本发明提出了一种具有高度差补偿的联动摆头装置的参数确定方法，下面以如图1和图3所示的结构为例，计算出联动摆头装置的具体参数。
图中摆动头(5)的实际长度为1200mm，根据工作环境要求，其摆动角度为0-π/4，根据公式H＝l*(1-cosθ)可求得，未安装联动摆头装置时，摆动高度差的曲线方程为H＝1200*(1-cosθ)，利用最小二乘法对所述高度差函数曲线进行线性拟合，得到线性拟合曲线方程为：h＝405.17θ-39.7，该拟合曲线的斜率为所述补偿齿轮组中主动轮Z2(3)半径R与所述补偿齿轮组传动比i的乘积，由于具体结构要求，主动轮Z2(3)的模数取为2.5，齿数取为92，R＝115，得出上述齿轮传动的传动比约为3.5，确定齿轮传动的传动比为3.5，至此联动摆头装置的参数均已确定。

Claims (3)

1.一种具有高度差补偿的联动摆头装置，包括一组补偿齿轮、一个带齿条的立柱和一个摆动头，其特征是：补偿齿轮组的从动轮与摆动头同轴回转，其主动轮在旋转电机的驱动下，一方面带动从动轮转动，以实现摆动头的摆动，同时带动齿轮齿条传动装置，实现摆动头的上下移动，对摆动高度差进行补偿。
2.根据权利要求1所述的一种具有高度差补偿的联动摆头装置，其特征在于：所述补偿齿轮组是外啮合传动的；所述带齿条的立柱是固定不动的，补偿齿轮组相对齿条运动，带动摆动头整体做升降运动。
3.一种具有高度差补偿的联动摆头装置的参数确定方法，其特征在于：当摆动头的长度l和其摆动角度θ的变化范围确定后，摆动头头部竖直高度变化H为：H＝l*(1-cosθ)，用最小二乘法对摆动头头部竖直高度变化曲线进行拟合，得到一条最佳的线性拟合曲线，该曲线的斜率为所述补偿齿轮组中与齿条啮合的齿轮的半径R与补偿齿轮组的传动比i的乘积，根据具体结构要求，合理取定R和i的值，则所述联动摆头装置的具体参数得以确定。
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